فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک و ارتعاشات
سال دوازدهم شماره 3 (پیاپی 44، پاییز 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/08/15
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید مسعود هاشمی*، یاسر حسینی صفحات 7-18
    تاکنون تحقیقات گسترده ای در راستای بهبود کیفیت و کاهش وزن پیشرانه پرنده های هوایی انجامشده که منجر به ابداع فن آوری های نو و ساخت موتورهای جدیدی شده است. در تمامی این تحقیقات،بررسی توزیع دما و انتقال حرارت در بدنه موتور احتراقی به منظور بررسی مشخصات و عملکرد موتورحایز اهمیت و ضروری تلقی می شود. یکی از طرح های نوآورانه، طراحی موتور دوار پره ای است که ازآن به عنوان انقلابی در صنعت موتور یاد می شود. در این مقاله به طراحی اولیه آب بندهای این موتور براساس تحلیل حرارتی پرداخته می شود. نحوه افزایش دمای هوا در اتاق احتراق بررسی و توزیع دما با دوروش تخمین مهندسی و تحلیل عددی محاسبه شده است. در تخمین مهندسی از روابط پایه انتقالحرارت جابه جایی، تشعشعی، رسانش و معادله توازن انرژی استفاده و معادلات بقای انرژی نیز ارضا وفرآیند احتراق به صورت چرخه دیزل مدل شده است. احتراق به صورت چشمه حرارتی لحاظ شده وضرایب انتقال حرارت در قالب کد رایانه ای محاسبه شده است. نتایج تحلیل عددی این مسیله با نتایجبرنامه تخمینی مقایسه و صحه گذاری شده و پوشش و جنس مناسب برای قطعات تشکیل دهنده اتاقاحتراق و نیز جنس و محل مناسب آب بندها با توجه به توزیع دما انتخاب شده است.
    کلیدواژگان: تنش حرارتی، انتقال حرارت، توزیع دما، موتور دوار پره ای، اتاق احتراق
  • علیرضا خلیلی، محمدحسن نوبختی، مرتضی خیاط* صفحات 19-30

    با توجه به نیاز صنایع به بهبود روش های انتقال حرارت، ناحیه جوشش هستهای مورد توجه ویژه محققان قرار دارد چراکه جوشش سیالات امکان دستیابی به شارهای حرارتی بالاتری را نسبت به فرآیندهایی که تنها مبتنی بر انتقال حرارت جابه جایی غیر جوششی هستند در دسترس قرار می دهد. در این بین، تغییر سیال عامل در سیستم های انتقال حرارت جوششی از سیال خالص به نانوسیال موجب بهبود مشخصه های انتقال حرارت شده و در نتیجه امکان انتقال شار حرارتی بالاتر در دماهای پایین تر را میسر می نماید. در نقطه شار حرارتی بحرانی که شار حرارتی ماکزیمم است، بحث امنیت سطح جوشش و محافظت از آن در برابر ازدیاد بیش از حد دما مهم میباشد. هدف از این تحقیق شبیه سازی عددی جوشش استخری نانوسیال هیبریدی پایه آب شامل 30% نانولوله کربنی چندجداره و 70 % اکسید تیتانیوم با غلظت حجمی 5/0%، روی سطح دایروی مسی و بررسی مشخصه های انتقال حرارتی و به طور ویژه نقطه شار حرارتی بحرانی می باشد. ابتدا فرآیند جوشش آب د یونیزه خالص توسط نرم افزار انسیس فلوینت شبیه سازی گشته و نتایج با داده های تجربی مقایسه شده اند. با توجه به تطابق قابل قبول نتایج، نانوسیال هیبریدی مذکور به عنوان سیال عامل تحت جوشش، با تغییر چگالی سایت های هسته زایی به صورت عددی شبیه سازی گردیده و مشخصات انتقال حرارت و شار حرارتی آن به دست آمده اند. مطابق نتایج، شار حرارتی بحرانی برای آب د یونیزه خالص در دمای C° 4/24 اتفاق افتاده و میزان آن در حدود 1/1 مگاوات بر متر مربع بوده در حالی که شار حرارتی بحرانی برای نانوسیال هیبریدی در دمای حدودی C° 13 بوده و مقدار آن در حدود 1مگاوات بر متر مربع میباشد.

    کلیدواژگان: جوشش استخری، شار حرارتی بحرانی، نانوسیال هیبریدی، سایت هسته زایی
  • رضا سمیعی فرد*، محمدجعفر استاد احمد قرابی صفحات 31-37

    خاکستر بادی محصول جانبی تولید شده در فرایند احتراق بوده و از اجزای ریزی تشکیل شده است که با گاز های حاصل از احتراق منتشر می شود. خاکستر بادی به طور گسترده در ساخت بتن استفاده شده است. هدف این مقاله تعیین عملکرد خاکستر بادی به عنوان پرکننده در مخلوط آسفالتی گرم می باشد. در این مطالعه افزودنی خاکستر بادی با مقادیر مختلف (FA-0، FA-2، FA-4، FA-6) نسبت به وزن مصالح سنگی، به عنوان پرکننده (فیلر) مورد استفاده قرار گرفت. مخلوط های آسفالتی اصلاح شده از نظر پایداری، جریان، سفتی، حساسیت رطوبتی و جدا شدگی مصالح (Cantabro loss) مورد آزمایش قرار گرفتند. یافته ها نشان داد که پایداری مخلوط های آسفالتی حاوی خاکستر بادی بیشتر از مخلوط های معمولی است. علاوه بر این ترکیبات دارای خاکستر بادی مقاومت در برابر رطوبت و دوام را بهبود بخشید. با توجه به نتایج آزمایش های صورت گرفته چنین می توان استنباط کرد که استفاده از خاکستر بادی به عنوان پرکننده (فیلر) می تواند اثر مطلوبی بر مخلوط آسفالت گرم داشته باشد.

    کلیدواژگان: قیر اصلاح شده، خاکستر بادی، مخلوط آسفالتی گرم، خواص عملکردی
  • محمدعلی فرج الهی*، محمدحسن نوبختی، مرتضی خیاط صفحات 37-47

    عامل اساسی خرابی و کاهش چشمگیرعملکرد باتری بالا رفتن دمای آن است، در نتیجه سیستم های کنترل حرارتی باتری (BTMS) برای نظارت و بهینه سازی وضعیت حرارتی باتری ها ساخته شده اند. در این مقاله، دو چینش سری و موازی برای قرارگیری بسته باتری ها در خودرو های الکتریکی، با تعداد یکسان 17280 عدد از سلول باتری های 18650 پیشنهاد شده و برای انتخاب بهترین حالت قرارگیری بسته باتری ها، با یکدیگر مقایسه می شوند. با کمک برنامه کامسول به مقایسه تغییر دمای سطح بسته باتری ها در رژیم جریان آرام سیال و تغییرات شار حرارتی در 700 ثانیه نخست تخلیه سلول باتری ها از حالت شارژ کامل و انتخاب بهترین طراحی قرارگیری بسته باتری ها پرداخته می شود. حداکثر دمای سطح بسته باتری ها از دمای اولیه 27 درجه در چینش سری و موازی به ترتیب اندازه گیری می شود. حداکثر اختلاف دما در چینش سری بسته باتری ها اختلافی 10 درصدی با چینش موازی دارد، همچنین با مقایسه شار حرارتی کل، عملکرد بهتر چینش موازی در مقایسه با چینش سری باتری ها، این نوع طراحی را به اولویتی کاربردی و مقرون بصرفه تر نسبت به دیگر طرح پیشنهادی قرار می دهد.

    کلیدواژگان: سیستم مدیریت حرارتی باتری، باتری لیتیوم، یون، سلول های باتری، انتفال حرارت، شبیه سازی عددی
  • محمدامین مجاوری آگاه، خلیل مجاوری آگاه، اشکان عبدالی سوسن* صفحات 48-62

    نیروگاه های بخار کنونی طراحی تکامل یافته ای از چرخه بخار- مایع رانکین میباشد. از طرفی درک مفاهیم پارامترهای تاثیر گذار در افزایش راندمان انرژی و اگزرژی و اگزرژی اکونومی در طراحی این نیروگاه ها بسیار با اهمیت است. .هدف این پژوهش بررسی سه سناریو اساسی نیروگاه های بخار در مقایسه با طراحی پایه (سیکل رانکین) می باشد تا تغییرات طراحی و تاثیر آن بر بازدهی نیروگاه ها مشخص شود. در این تحقیق مشاهده شده است که در سناریو سوم دارای یک توربین با دو زیرکش و تنها یک پیش گرم کنDeaerator ، بازدهی انرژی و اگزرژی به ترتیب برابر %20.74 و %26.91 می باشد که نسبت به سناریو دوم با یک زیرکش و بدون پیش گرم کن سیال ورودی به بویلر، افزایش بازدهی انرژی و اگزرژی سیستم به ترتیب برابر 19.13% و 9.48% می باشد . تحلیل اگزرژی اکونومی مشخص ساخته است که بویلر و توربین بیشترین نرخ مجموع هزینه سرمایه گذاری ، تعمیر و نگهداری و تخریب اگزرژی را دارد و می باید به این تجهیزات توجه ویژه ای داشت . بالا بودن ضریب هزینه نسبی بویلر (r) نشان می دهد که تغییر راندمان بویلر می تواند بهبود کلی هزینه این تجهیز را فراهم آورد و این کار با کاهش تخریب اگزرژی با پیش گرم کردن و کاهش تلفات و ورود هوای اضافی می تواند انجام گیرد و اینکه ضریب اگزرژی اکونومی fk توربین بالا است به معنای آن است که برای کاهش هزینه توربین در هنگام طراحی ، امکان کاهش پارامترهای مانند دمای بخار ورودی به توربین ، فشار توربین و راندمان باید توجه بیشتری شود.

    کلیدواژگان: مدلسازی، انرژی، اگزرژی، اگزرژی اکونومی، نیرو گاه حرارتی، اتلاف اگزرژی، سیکل رانکین
  • مهدی رفیعی* صفحات 63-68
    در این مقاله تاثیر هندسه قطعه و اندازه دانه بندی ریزساختار در عملیات حرارتی فولاد 1050 مورد بررسی قرار گرفته است بدین منظور دو نمونه قطعه کار با مقطع گرد (استوانه ای) و مربعی (تخت) برای شبیه سازی با نرم افزار AC3 در نظر گرفته شد و تاثیر هر کدام بر روی رشد اندازه دانه ها در محیط های خنک کننده مختلف مورد بررسی قرار گرفت همچنین بررسی سختی در سطح و عمق برای هر دو حالت ارزیابی گردید. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که نرم افزار بکارگرفته شده قابلیت مناسبی برای پیش بینی سختی در سطح و عمق، اندازه دانه بندی و رفتار منحی های CCT و سرد شدن در عملیات حرارتی فولاد 1050 دارد و این شیوه می تواند در مقیاس کارگاهی و در کاربردهای صنعتی به کار گرفته شود.
    کلیدواژگان: عملیات حرارتی، اندازه دانه بندی، فولاد 1050، هندسه قطعه کار
|
  • Seyed Masoud Hashemi *, Yaser Hoseini Pages 7-18
    Extensive research has been done to improve the quality and reduce the propulsion weight of aircraft, which has led to the invention of new technologies and the construction of new engines. In all these studies, the study of temperature distribution and heat transfer in the body of the combustion engine in order to evaluate the characteristics and performance of the engine is considered important and necessary. One of the most innovative designs is the vane rotary motor design, which is considered to be a revolution in the motor industry. In this article, initial design of the seals of this engine is discussed based on thermal analysis. The method of increasing the air temperature in the combustion chamber has been investigated and the temperature distribution has been calculated by two methods of engineering estimation and numerical analysis. In engineering estimation, the basic relations of heat transfer, radiative, conduction, and energy balance equation are used, and the energy survival equations are satisfied, and the combustion process is modeled as a diesel cycle. Combustion is considered as a heat source and heat transfer coefficients are calculated in the form of computer code. The results of numerical analysis of this issue are compared and validated with the results of the estimation program and the appropriate cover and material for the components of the combustion chamber as well as the appropriate material and location of the seals are selected according to the temperature distribution
    Keywords: heat stress, heat transfer, Temperature distribution, Rotary vane engine, Combustion Chamber
  • Alireza Khalili, MohammadHassan Nobakhti, Morteza Khayat * Pages 19-30

    Due to the growing need of industries to improve heat transfer methods, the nucleate boiling region is of special interest to researchers because fluid boiling makes it possible to achieve higher heat fluxes than processes that are based only on non-boiling convection heat transfer. In addition, the change of working fluid in boiling heat transfer systems from pure fluid to nanofluid improves the heat transfer characteristics and thus allows the transfer of higher heat flux at lower temperatures. At the critical heat flux point, where the heat flux is maximum, it is important to secure the boiling surface and protect it from overheating. The purpose of this study is to numerically simulate the pool boiling of a water-based hybrid nanofluid containing 30% multi-walled carbon nanotubes and 70% titanium oxide with a volumetric concentration of 0.5% on a polished copper circular surface and to investigate the heat transfer characteristics, especially the critical heat flux point. For this purpose, the boiling process of pure deionized water was first simulated by ANSYS-Fluent software and the results were compared with experimental data. According to the observed acceptable agreement, the mentioned water-based hybrid nanofluid, as boiling working fluid is numerically simulated by changing the density of nucleation sites and its heat transfer and heat flux characteristics are obtained. The results show that the critical heat flux for pure deionized water was occurred at 24.4 °C and is about 1.1 MW per square meter, while the critical heat flux for the hybrid nanofluid was occurred at 13 °C and is about 1 MW per square meter.

    Keywords: Pool Boiling, Critical Heat Flux, Hybrid nanofluid, Nucleation site
  • Reza Samieifard *, MohamadJafar Ostad Ahmad Ghorabi Pages 31-37

    Fly ash is a by-product of the combustion process and consists of tiny components that are emitted by combustion gases. Fly ash has been widely used in the manufacture of concrete. The purpose of this paper is to determine the performance of fly ash as a filler in hot mix asphalt. In this study, fly ash additive with different amounts (FA-0, FA-2, FA-4, FA-6) according to the weight of stone materials, was used as a filler. Modified asphalt mixtures were tested for stability, flow, stiffness, moisture sensitivity and material loss (Cantabro loss). The results showed that the stability of asphalt mixtures containing fly ash is higher than conventional mixtures. In addition, the compounds contained in fly ash improved moisture resistance and durability. According to the results of the experiments, it can be concluded that the use of fly ash as a filler can have a favorable effect on the hot asphalt mixture.

    Keywords: Modified bitumen, Fly ash, Hot mix asphalt, Functional properties
  • MohammadAli Farajollahi *, MohammadHassan Nobakhti, Morteza Khayat Pages 37-47

    The main cause of failure and significant reduction in battery performance is a rise in temperature, so battery thermal control systems (BTMS) are built to monitor and optimize the thermal status of batteries. In this paper, two series and parallel arrangements for placing battery packs in electric vehicles with the same number of 17,280, 18650 battery cells are proposed and compared to select the best position for placing the battery packs. With the help of the Comsol program, the temperature change of the battery pack in the laminar fluid flow regime and the heat flux changes in the first 700 seconds of discharging the battery cells from the full charge mode and selecting the best design of the battery pack placement are compared. The maximum closed surface temperature of batteries is measured from the initial temperature of 27 degrees in series and parallel arrangement, respectively. The maximum temperature difference in the series of batteries is 10% different from the parallel arrangement. Also, by comparing the total heat flux, the better performance of the parallel arrangement compared to the arrangement of the battery series, makes this type of design a practical and more cost-effective priority than other designs.

    Keywords: Lithium-ion battery, battery thermal management system, battery cell, heat transfer
  • Mohammadamin Mojavery Agah, Khalil Mojaveryagah, Ashkan Abdali Susan * Pages 48-62

    Steam power plants are an advanced and complex design of the Rankin steam-liquid cycle. Therefore, understanding the concepts of effective parameters in increasing energy and exergy efficiency and also exergoeconomic are very important. The purpose of this study is to investigate the three basic scenarios of steam power plants, till the required changes in design and its effects on power plant efficiency to be determined. The third scenario has a preheater, a deaerator and two turbine extraction. The second scenario has a turbine extraction and preheater. In third scenario, energy and exergy efficiency are 20.74% and 26.91%, respectively. it’s increases of energy and exergy efficiency relative to second scenario are equal to 19.13% and 9.48%, respectively. Exergoeconomic analysis has shown that boiler and turbine have the highest total cost of investment, maintenance and exergy destruction, hence special attention should be paid to this equipment. The high relative cost factor of the boiler (r) indicates that the boiler efficiency can provide an overall improvement in the cost of this equipment. This can be done by reducing the exergy destruction by preheating and reducing losses and use of excess air. The Exergoeconomic coefficient of fk turbine is high. This means that to reduce the cost of the turbine, the possibility of reducing parameters such as inlet steam temperature, turbine pressure and it’s efficiency should be given more attention.

    Keywords: Modeling, energy, Excergy, Excergy economy, steam power plant, exergy destruction, Rankin cycle
  • Mehdi Rafiei * Pages 63-68
    In this article, the effect of the work piece geometry and microstructure grain size on the heat treatment of 1050 steel has been investigated. For this purpose, two samples of work pieces with round (cylindrical) and square (flat) sections were considered for simulation with AC3 software. The effect of each of them was investigated on the growth of grain size in different cooling environments. Also, the hardness at the surface and depth was evaluated for both conditions. The results of the simulation show that the used software has a suitable ability to predict surface and depth hardness, grain size and the behavior of CCT parameters and cooling curves in the heat treatment of 1050 steel and this method can be used on a workshop scale and to be used in industrial applications.
    Keywords: Heat treatment, grain size, Steel 1050, work piece geometry