فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و یکم شماره 5 (اردیبهشت 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/02/21
  • تعداد عناوین: 6
|
  • افشین عبداللهیان، مهران عامری* صفحات 285-295

    سیستم احتراق اضافه یکی از روش های مرسوم برای جبران کمبود انرژی حرارتی ارسال شده توسط توربین های گازی و افزایش توان تولیدی واحدهای سیکل ترکیبی است. هزینه پایین سرمایه گذاری نسبت به میزان افزایش توان تولیدی، موجب شده است که طراحان تشویق به استفاده از این روش در نیروگاه های فوق شوند. در این مقاله به بررسی میدانی تغییرات عملکرد یک واحد سیکل ترکیبی واقعی در حالت های مختلف بهره برداری از توربین های گازی، با در نظر گرفتن وجود یا عدم وجود سیستم احتراق اضافه  از دیدگاه انرژی و اگزرژی پرداخته شده است. بررسی ها نشان می دهد که در تمامی حالات بهره بردای موضوع تحقیق، مکانیزم احتراق اضافه موجب افزایش توان تولیدی تا مقادیر 26.3MW، افزایش راندمان انرژی سیکل بخار در حدود 2.43% می گردد ولی این سیستم بر راندمان انرژی و اگزرژی کل سیکل ترکیبی تاثیر منفی دارد. به گونه ای که در بدترین حالت مورد مطالعه، مقدار 1.7% افت در راندمان انرژی و 1.13% افت در راندمان اگزرژی سیکل ترکیبی بوقوع پیوست. همچنین مشخص شد، بهره برداری از نیروگاه در بارهای جزیی موجب افزایش قابل توجه تخریب اگزرژی در سیکل می گردد که حتی افزایش راندمان های انرژی و اگزرژی سیکل بخار در اثر استفاده از سیستم احتراق اضافه، قادر به جبران آن نمی باشد.

    کلیدواژگان: نیروگاه سیکل ترکیبی، مبدل بازیاب حرارتی، احتراق اضافه، اگزرژی
  • مرتضی عیوض خانی، توحید میرزابابای مستوفی، هاشم بابایی* صفحات 297-305

    در پژوهش حاضر، مکانیسم تغییر شکل بزرگ پلاستیک و شکست ساختارهای ساندویچی با رویه های آلومینیومی و هسته پوکه معدنی تحت بارگذاری ضربه ای سرعت پایین موردبررسی قرارگرفته است. از سامانه سقوط وزنه برای اعمال بار ضربه ای به نمونه در 7 سطح انرژی مختلف 3/34، 6/68، 9/102، 2/137، 5/171، 8/205 و 223 ژول استفاده شد. برای دستیابی به سطوح انرژی مذکور، جرم ضربه زننده ثابت و برابر با 5/3 کیلوگرم در نظر گرفته شد و ارتفاع ضربه زننده از نمونه از 1 تا 5/6 متر تغییر داده شد. 16 نمونه آزمایشی در دو نوع لایه بندی با و بدون هسته پوکه معدنی در نظر شد. همچنین، در این سری از آزمایش ها، ضخامت رویه فلزی ثابت و دو ضخامت مختلف 16 و 32 میلی متر برای هسته پوکه معدنی در نظر گرفته شد. نتایج تجربی نشان داد که در تمامی سطوح انرژی، در ساختار ساندویچی با هسته 16 میلی متری، ناحیه کوچک تری دچار تغییر شکل دایمی می شود و این بدان علت است که فضای متخلخل میان دو ورق فلزی کوتاه تر است. همچنین، در سطوح انرژی پایین، ضخامت هسته پوکه معدنی نقش کلیدی را در بهبود مقاومت سازه در برابر بار ضربه ای وارد نمی کند. در قیاس با ساختار ساندویچی بدون هسته، استفاده از هسته پوکه معدنی با جرمی بسیار کم می تواند مانع تغییر شکل پلاستیک رویه عقبی شود و ضخامت 16 میلی متری هسته پوکه معدنی حتی مانع گلبرگی شدن رویه جلویی نیز می شود.

    کلیدواژگان: بارگذاری ضربه ای، سامانه سقوط وزنه، مطالعه آزمایشگاهی، مواد دانه ای، ورق مستطیلی
  • علیرضا احسانی، کمال جهانی*، عادل پورتقی مرزرود صفحات 307-314

    امروزه فنرهای پیچشی برای ایجاد گشتاور به طور گسترده در مکانیزم های فضایی مورد استفاده قرار می گیرند. در اغلب مکانیزم های مربوط به بوم های گرادیان جاذبه و نیز برخی مکانیزم های باز کننده صفحات خورشیدی، از فنرهای پیچشی استفاده میشود. از آنجاییکه این مکانیزمهای بکار رفته در سازه های حساس فضایی بطور مداوم در برابر تغییرات شدید حرارتی در موقع گردش مداری قرار می گیرند، بنابرین شناسایی  تاثیر تغییرات درجه حرارت بر روی عملکرد فنرهای مورد استفاده در آنها  بسیار مهم می باشد. در این پژوهش تاثیر دما و تغییرات آن بر روی عملکرد فنرهای پیچشی هم به صورت تحلیلی و هم به صورت تجربی مورد بررسی قرار می گیرد. جهت بررسی رفتار گشتاور-زاویه پیچش استاتیکی فنرهای پیجشی، یک زنجیره آزمایش مناسب  طراحی و ساخته می شود. این زنجیره شامل سیستم انتقال قدرت ، محفظه های کنترل دمای سرد و گرم، سیستم کنترل دما و سیستم اندازه گیری گشتاور می باشد. جنس فنر پیچشی از خانواده فولاد های سخت کشیده انتخاب شده و فنردر گستره دمایی 100+ تا 100- درجه سانتیگراد مورد آزمایش قرار گرفت. تاثیر تغییر دما بر روی گشتاور اعمالی فنر در زاویه های پیچش مختلف و نیز تغییر ثابت فنر بر حسب دما به دست آمد. با استخراج روابط الاستیسیته حاکم بر تغییر شکل فنردر اثر گشتاور اعمالی، مقادیر حاصل ازآزمایش با روابط تحلیلی مقایسه می گردد.تطابق خوبی بخصوص در درجه حرارتهای پایین بین نتایج آزمایش و تیوری مشاهده می شود.  نتایج حاصله بیانگر صحت فرایند آزمایش در پیش بینی عملکرد فنرهای پیچشی می باشد

    کلیدواژگان: فنر پیچشی، گشتاور پیچشی- زاویه پیچش، مکانیزم های فضایی، تاثیر درجه حرارتهای گرم و بسیار سرد
  • محسن خوشه چین، سمیرا قطبی نسب، اکبر محمدی دوست* صفحات 315-326

    افزایش انتقال حرارت و جلوگیری از رسوب ذرات در تجهیزات، همواره مورد توجه مهندسان بوده است.در این تحقیق تغییرات غلظت نمک بر دینامیک حباب تاثیرمستقیم گذاشته و با رسوب بر سطح به عنوان مقاومت انتقال حرارت عمل کرد. بنابراین ابتدا تاثیرامواج فراصوت بر رسوبات نمکی در جوشش استخری بررسی شد. نتایج نشان داد که امواج فراصوت با معلق نگه داشتن ذرات محلول در سیال و جلوگیری از رسوب آن ها بر سطح انتقال حرارت، اثر مثبتی بر انتقال حرارت داشت. افزایش اغتشاشات به سبب تغییر در دینامیک حباب وپدیده ی کاویتاسیون ، موجب بهبود انتقال حرارت شد. نقش ایجاد زبری بر سطح انتقال حرارت در تولید حباب مورد بررسی قرار گرفت . نتایج نشان داد ترکیب تولید حباب به وسیله افزایش زبری و امواج فراصوت، اثرمهمی در افزایش انتقال حرارت داشته اند. امواج فراصوت در سه قدرت امواج %30، %60 و %90 اعمال گردید به طوری که توان %90 توانست به ترتیب ضریب انتقال حرارت و قطر جدایش را تا حدود %43/8 و %54/7 نسبت به حالت بدون پرتودهی امواج افزایش داده و همچنین رسوب را تا%19/37 کاهش دهد.

    کلیدواژگان: جوشش استخری، امواج فراصوت، رسوب، ضریب انتقال حرارت
  • ابوالفضل رجبلو، محمد بخشی جویباری، حمید گرجی* صفحات 327-340

    در شکل دهی قطعات مخروطی به روش سنبه و ماتریس سنتی، به دلیل به وجود آمدن تمرکز تنش در محل برخورد سنبه و قطعه کار، نازک شدگی و پارگی در ورق رخ می افتد. همچنین در جایی که تماسی بین سنبه و ورق وجود ندارد، احتمال زیادی در به وجود آمدن چروکیدگی نیز وجود دارد. از این رو، برای شکل دهی این دسته از قطعات، همواره روش های نو مورد بررسی قرارگرفته اند. شکل دهی الکترومغناطیسی (Electromagnetic Forming)، ازجمله روش های نسبتا قدیمی شکل دهی سرعت-بالا است که در سال های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در پژوهش پیش رو، فرآیند شکل دهی پیش فرم قطعات مخروطی آلومینیومی به کمک نیروی الکترومغناطیسی به دو روش المان محدود و آزمون تجربی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. ابتدا شکل دهی تجربی توسط سیم پیچ حلزونی ساده موردبررسی قرار گرفت و پس از تایید اعتبار شبیه سازی ها، تحلیل اثر چگالی نیرو در راستای شعاعی و محوری در نقاط مختلف ورق انجام شد. با استفاده از نتایج به دست آمده، سیم پیچ جدیدی طراحی و ساخته شد که توانایی توزیع مناسب نیرو در راستای شعاعی و محوری را دارد. کاهش توان مصرفی تا یک چهارم، افزایش مقدار نیروی شعاعی رو به داخل و ارتفاع پیش فرم مخروط شکل گرفته تا 2 برابر، به حداقل رساندن نیروی اصطکاک، کاهش نازک شدگی مرکز قطعه کار به مقدار 3 درصد (ضمن افزایش ارتفاع 2 برابری) و ازبین رفتن چروک خوردگی در ناحیه فلنج ورق از مزایای استفاده از سیم پیچ جدید نسبت به سیم پیچ اولیه است.

    کلیدواژگان: شکل دهی الکترومغناطیسی ورق، شکل دهی انفجاری، تحلیل المان محدود، توزیع نیروی الکترومغناطیسی
  • فائزه دلفریبان، مرتضی علیزاده، مسلم طیبی*، عرفان صلاحی نژاد صفحات 341-351

    در این تحقیق، پوشش های کامپوزیتی زمینه وینیل استر تقویت شده با الیاف شیشه نوع E، نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم و نانو الیاف کربن به روش لایه گذاری دستی تولید گردید و خواص مکانیکی آن ها مورد بررسی قرار گرفت. خواص مکانیکی کامپوزیت های تقویت شده با الیاف با استفاده از آزمون های کشش، ضربه، سختی سنجی، چسبندگی و سایش مورد بررسی قرار گرفت. میکروسکوپ الکترونی روبشی به منظور بررسی سطوح شکست نمونه های آماده شده بکار گرفته شد. نتایج آزمون کشش نشان داد که با تقویت زمینه ی رزین وینیل استر توسط الیاف شیشه، استحکام به میزان 5 برابر و درصد ازدیاد طول 8 برابر افزایش می یابد. با تقویت کامپوزیت الیافی توسط نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم و نانو الیاف کربن تغییری در استحکام کامپوزیت الیافی ایجاد نشد اما میزان درصد ازدیاد طول کامپوزیت الیافی به میزان 6/1 برابر تغییر یافت. استحکام ضربه کامپوزیت الیافی و نانو کامپوزیت الیافی نسبت به رزین وینیل استر به ترتیب حدود20 و 29 برابر افزایش نشان داد. نتایج آزمون چسبندگی حاکی از آن می باشد که حضور نانو ذرات در نانو کامپوزیت الیافی موجب بهبود چسبندگی آن به سطح بتن می شود. بررسی  نتایج آزمون سایش نشان داد که حضور الیاف شیشه در زمینه وینیل استر موجب کاهش مقاومت به سایش و حضور نانو ذرات در نانو کامپوزیت الیافی موجب بهبود مقاومت به سایش کامپوزیت الیافی می شود.

    کلیدواژگان: رزین وینیل استر، الیاف شیشه نوع E، کامپوزیت الیافی، نانو کامپوزیت الیافی
|
  • Afshin Abdollahian, Mehran Ameri* Pages 285-295

    Supplementary firing system is one of the common methods of increasing the power generated of combined cycle units. Low cost of investment to the rate of increase of the generative power has encouraged the designers to use this method in the above power plants. In this article, field study of the performance changes of a real combined cycle unit with and without supplementary firing has been performed from energy and exergy viewpoints. Studies show that in all operation modes subject to research, using supplementary firing causes an increase in power generation up to 26.3MW, energy efficiency of steam cycle about 2.43% and decreases the exergy destruction of steam flow control valves. But this system has a negative impact on energy and exergy efficiencies of the whole combined cycle, which at the worth case about 1.17% decreases energy efficiency. In addition, it was specified that the power plants operation in the partial loads causes high exergy destruction in the cycle which steam cycle increased energy and exergy efficiencies due to use   supplementary firing system cannot fully compensate it.

    Keywords: Combined Cycle Power Plant, Regenerative Heat Exchanger, Extra Combustion, Exergy
  • Morteza Eyvazkhani, Tohid Mirzababaie Mostofi, Hashem Babaei* Pages 297-305

    In the current research study, the large plastic deformation and failure mechanism of sandwich structures with aluminum facesheets and pumice core under low-velocity impact loading have been investigated. The drop hammer testing machine was used to apply the impact load on the specimen at seven different energy levels 34.3, 68.6, 102.9, 137.2, 171.5, 205.8, and 223 J. To achieve the mentioned energy levels, the weight of the impactor was considered constant and equal to 3.5 kg and the standoff distance of the hammer was changed from 1 to 6.5 m. 16 experimental samples were considered in two types of layering with and without pumice core. Also, in this series of experiments, the thickness of facesheets was fixed and two different thicknesses of 16 and 32 mm were considered for the core. Experimental results showed that at all energy levels, the sandwich panel with 16 mm pumice core shows a smaller deformed area due to the shorter porous space between two facesheets. Also, at low energy levels, the thickness of the pumice core does not play a key role in improving the impact resistance of the structure. Compared to the coreless sandwich structure, the use of a very low-mass pumice core can prevent the plastic deformation of the rear facesheet, and the 16 mm thickness of the pumice core can even prevent the front surface from petalling.

    Keywords: Impact loading, Drop hammer testing machine, granular materials, Rectangular plate
  • Alireza Ehsani, Kamal Jahani*, Adel Pourtaghi Pages 307-314

    Nowadays, torsion springs are used widely in aerospace equipments. In most of gravity gradient booms and some of solar panel extruders, torsion springs plays an important role in expanding these mechanisms.  Since these mechanisms are constantly exposed to severe thermal gradients during orbital circulation and because of sensitivity of these mechanisms, it is important to identify the behavior of their elements under temperature variations. Therefore, in this study, the effect of temperature and its variation on these springs and their performance are investigated analytically and experimentally. To investigate the torsional behavior of the spring, an specific test setup is designed and constructed. This test train includes power transmission, temperature control chamber, temperature controller and torque meter. Torsion springs are selected from hard drawn spring steel. At the temperature range of  to  ,the effect of temperature variation on the produced torque due to different forced torsion angles are investigated. As well as the spring constant variation with temperature is obtained and compared with analytically obtained data. The obtained results validate the consistency and accuracy of the analytical modeling and the applied experimental test train and procedure.

    Keywords: Torsion spring, Torque, Torsion angle, Aerospace mechanisms, Effect of hot, very cold temperature variations
  • Mohsen Khooshehchin, Samira Ghotbinasab, Akbar Mohammadidoust* Pages 315-326

    Increasing heat transfer and preventing sedimentation in equipment have always attracted the attention of engineers. In this work, the variations of salt concentration were effective on bubble diameter, departure frequency and generation points and its sediments acted as a heat transfer resistance. Therefore, first, the effect of ultrasonic waves on salt sedimentations in pool boiling was investigated. The results revealed that the ultrasonic waves had positive effect by suspending the soluble particles in the fluid and preventing them from precipitating on the surface of heat transfer. Increasing turbulences and perturbations due to changes in bubble dynamic and cavitation phenomenium, led to improve the heat transfer coefficient, significantly. The role of roughness on the surface heat transfer in bubble production was other investigation of the work. Bubble production by increasing the roughness with ultrasonic wave’s irradiation had direct and important effects on enhancing the heat transfer. Finally, salt and nanofluid sediments were compared. The nanoparticles precipitate faster and more easily under the bubble layer, but less in the salt solution if its dissolution is maintained. The ultrasonic waves were employed at three powers of 30%, 60% and 90%. Finally, the heat transfer coefficient and bubble departure diameter increased as 8.43% and 7.54%, respectively. In addition, the sedimentation decreased by 37.19%. As a result, the waves reduced their deposition by preserving salt dissolution.

    Keywords: Pool boiling, Ultrasonic waves, Sediment, Boiling heat transfer coefficient
  • Abolfazl Rajabloo, Mohammad Bakhshi Jooybari, Hamid Gorji* Pages 327-340

    In forming conical parts by traditional deep drawing techniques, due to the stress concentration at the contact area between the punch and the workpiece, thinning and rupture occurs on the sheet. There is also a high possibility of wrinkling in the free area of ​​the sheet; where there is no contact between the punch and the sheet. Therefore, new methods have been examined in forming this group of parts. Electromagnetic forming is one of the relatively old methods of high-speed forming that has attracted more attention in recent years. In the present study, the process of pre-forming of aluminum conical parts using electromagnetic force has been discussed numerically and experimentally. First, experiments were carried out by a simple spiral coil and after confirming the validity of the numerical simulations, the effect of electromagnetic force density in radial and axial directions was investigated in different areas of the sheet. Using the obtained results, a new coil was designed and built that has the ability to provide suitable distribution of the force in the radial and axial directions. Reduction in power consumption by up to a quarter, an increase in the amount of radial inward force and the height of the preform formed cone up to 2 times, minimizing the friction force, reduction of the workpiece center thinning by 3% (while increasing the height by 2 times) and elimination of wrinkles in the flange area of the sheet are the advantages of using the new coil compared to the primary coil.

    Keywords: electromagnetic sheet forming, explosive forming, finite element analysis, electromagnetic force distribution
  • Faezeh Delfariban, Morteza Alizadeh, Moslem Tayyebi*, E. Salahinejad Pages 341-351

    In this research, vinyl ester matrix composite coatings reinforced by E-glass fibers, Nano TiO2, and Carbon Nanofiber were prepared by hand lay-up method and their mechanical properties were investigated. The mechanical properties of fiber-reinforced composites were investigated by the tensile, impact, hardness, shear test, and wear tests. Scanning electron microscopy was employed in order to study the fracture surface of the prepared samples. The results of the tensile test showed that the presence of the E-glass fibers in the vinyl ester matrix increases the strength about 4 times and the elongation about 8 times. There was no change in the fiber-reinforced composite strength by reinforcing the composite with nanoparticles of TiO2 and carbon Nanofiber, but the elongation of the fiber-reinforced composite increased by 1.6 times. Impact resistance of fiber-reinforced composite and fiber-reinforced nanocomposite relative to vinyl ester resin increased about 20 and 29 times. The presence of glass fiber and Nanoparticles in the vinyl ester matrix increases the hardness of the samples about 1.5 to 2 times. The results of the adhesion test demonstrated that the presence of nanoparticles in fiber-reinforced nanocomposite improves adhesion to concrete surfaces. Also, the results of the wear test showed that the presence of glass fiber in the matrix of vinyl ester reduces wear resistance and the presence of Nanoparticles in fiber-reinforced nanocomposite improves wear resistance of the fiber-reinforced composite.

    Keywords: Vinyl ester resin, E-type glass fiber, fiber-reinforced composite, fiber-reinforced nanocomposite