وبلاگ

:
سطوح گسترش یافته یا همان پره ما به طور گسترده در خنک کردن موتور اتومبیل و موتورهای سفینه های فضایی استفاده می شوند. پره ها همچنین در پردازنده های کامپیوتر و دیگر تجهیزات الکترونیکی به وفور استفاده می شوند.
جنبه های مختلف انتقال حرارت از پره ها، انتقال حرارت جابجایی آزاد و تشعشع بسیار مشاهده می شود که تقریبا انتقال حرارت تشعشع 20% از انتقال حرارت کل را شامل می شود. پرها به صورت مجموعه ای به کار گرفته می شوند، انتقال حرارت از مجموعه پره ها به طور تئوری در مقایسه با یک پره منفرد کمتر پیش بینی شده است و به این نتیجه رسیده اند که انتقال حرارت از مجموعه پره ها به فاصله بین پره ها وابسته است.
تحقیقات پیوسته ای برای بهبود دادن بازده سیستم های تبادل حرارتی انجام شده که شامل انتقال حرارت آزاد و اجباری می باشند. کار تجربی اخیر بروی مجموعه پره های افقی و عمودی با جابجایی آزاد توسط Mcmanus Staner،  welling و woodhinge ، Harahap و Mcmanus،… صورت گرفته است.
انتقال حرارت تشعشع نقش مهمی در انتقال حرارت مجموعه پره ها بازی می کند.  Chaddock , Edwards نشان دادند که انتقال حرارت

 به وسیله تشعشع از پره های استوانه ای با ضریب صدور سطح 0/99 حدوداً یک سوم انتقال حرارت کل محاسبه شده است. chaddok متوجه شد که انتقال حرارت به وسیله تشعشع پره با جنس آلومینیوم صیقل داده شده در حدود 20% – 10 انتقال حرارت کل را شامل می شود.

Sparrow و Acharya یک مقاله بروی جابجایی طبیعی پره با حل معین شده غیر یکنواخت با ضریب انتقال حرارت متغیر ارائه کرده اند. یک تحلیل رسانایی و جابجایی برای پره با صفحه عمودی انجام شده است و آنها نشان داده اند که ضریب انتقال حرارت محلی در اول کم می شود و به یک حداقلی می رسد و سپس با افزایش فاصله خطوط جریان پایین افزایش می یابد. Sukhatme مشاهده کرد که با افزایش در عدد گراشف انتقال حرارت جابجایی افزایش یافته و انتقال حرارت تشعشع کاهش می یابد. Manzoor et al تلفات انتقال به وسیله جابجایی و تشعشع از پره های یک بعدی و دوبعدی را تحلیل کرد. Sparrow and vemuri آزمایش هایی که با فین های سوزنی افقی با تراکم بالا ثابت شده بر یک صفحه پایه عمودی را بررسی کرده اند. سپس آنها روی تأثیر جهت دهی پره ها تخمین و انتقال حرارت تشعشع پره با دمای ثابت را مطالعه کردند.
Aihara et al آزمایش هایی را بروی مجموعه پره سوزنی با صفحه پایه عمودی همراه توزیع سرعت اطراف آنها انجام داده اند. تخمین های تشعشعی به دست آمده با ضریب صدور شفاف بنا شده اند.
Edward , Zagrofos یک مجموعه پره سوزنی را بهتر از یک مجموعه پره صفحه ای تحت شرایط یکسان اجرا کرده اند. Sobhan , Sunil Reddy یک فین مستطیلی با یک خط منبع در صفحه پایه را مطالعه کرده اند. عکس العمل جابجایی آزاد با تشعشع و رسانایی در یک شکاف طور عددی به وسیله Venkateshan , Balaji مطالعه شده است. Rao , Venkateshan یک آزمایش هایی را بروی مجموعه پره افقی بلند داده اند. بعلاوه زمانی که افزایش در انتقال حرارت تشعشعی به طور غیرخطی متمایل می شود. انتقال حرارت جابجایی به طور خطی با فاصله بین پره ها افزایش می یابد. Lina , Leela با بکار بردن قانون دوم با یک مجموعه پره سوزنی تحت جریان گذرنده مشاهده کردند با افزایش در سرعت جریان نرخ انتقال حرارت افزایش خواهد یافت و از این رو برگشت ناپذیری انتقال حرارت را کاهش می دهد. Abramazon یک بحث بروی تخمین انتقال حرارت تشعشع از مجموعه پره های مستطیلی، که در آنجا انقال حرارت تشعشع 20% از انتقال حرارت کل را شامل می شود را ارائه کردند. Yancu , Anbar آزمایش هایی را با تعداد مختلف پره ها بروی یک صفحه پایه افقی با عرض 250mm را انجام داده اند و با کاهش فضای بین پره ها افزایش تعداد پره ها را منجر خواهد شد.

:
جریان جت عبارت است از تخلیه سیال به داخل محیطی از جنس همان سیال یا سیال دیگر که در حالت سکون یا حرکت با سرعتی غیر از سرعت جت می باشد. این جریان در صنعت کاربرد زیادی دارد. به عنوان مثالی از کاربرد صنعتی جت های برخوردی می توان به کاربرد آنها در صنعت طراحی هواپیماهای عمود پرواز، صنعت برش قطعات، خشک کردن کاغذ، صنایع فولاد، خنک کاری و رسوب زدایی از روی لوله های مبدل اشاره کرد. ولی این جریان فقط محدود به صنعت نمی شود. چرا که این جریان یکی از مهمترین جریان های مورد مطالعه به منظور شناهت ماهیت جریان های آشفته و مدل سازی آنها می باشد. لذا از جنبه آکادمیک نیز حائز اهمیت فراوان بوده و محققان بسیاری در حال

 مطالعه برروی آن می باشند.

کلیه مطالعات جت های برخوردی براساس چهار ناحیه مشخص از جریان صورت می گیرد. در ناحیه هسته پتانسیل سرعت محوری تقریبا ثابت باقی مانده و برابر سرعت خروجی شیپوره می باشد. در ناحیه جت آزاد سرعت به تدریج کاهش پیدا کرده و جریان در فضای اطراف پخش می شود. در ناحیه بعدی سرعت جریان در نزدیک ناحیه برخورد به صفر میل می کند. فشار استاتیک در این ناحیه به بیشینیه مقدار خواهد رسید. در ناحیه برخورد جت از حالت محوری خارج شده و به صورت شعاعی پخش خواهد شد. ناحیه برخورد تا جایی ادامه پیدا می کند که فشار روی سطح به فشار محیط میل کند.
فصل اول
بررسی منابع پیشینه پژوهش
1-1- کلیات و بحث در مورد جت های آزاد
در ابتدای این فصل به بررسی جت های آزاد آشفته و تراکم ناپذیر می پردازیم. قبل از هرچیز لازم به نظر می رسد که توضیحاتی درباره شیپوره و نقش آن داده شود.
شیپوره دو نقش مهم را به عهده دارد. اولین آن تبدیل ارتفاع نظیر فشار به ارتفاع نظیر سرعت (سرعت مورد نیاز) می باشد که با طراحی صحیح می توان حداقل اتلاف انرژی را با افزایش بازدهی شاهد بود. نقش دوم آن هدایت و تولید جت یکنواخت و همگن است که باعث ازدیاد نفوذ در هوا و عدم شکست در جت می شود. منظور از نفوذپذیری جت در هوا میزان افزایش پهنای جت در اثر افزایش X/Dn می باشد که Dn ارتفاع یا ضخامت جت در خروج از شیپوره و X فاصله از دهانه خروجی جت است.
طراحی شیپوره های سیستم (شکل داخلی شیپوره) در انحصار کارخانه های سازنده می باشد و فقط یک پارامتر خارجی از آن در دست است که همان قطر دهانه خروجی شیپوره می باشد. با توجه به موارد مذکور برای افزایش بازدهی شیپوره و طراحی بهینه، عوامل ذیل مؤثرند:
1) طرح و شکل شیپوره (زاویه همگرایی روزنه و شیپوره، طول شیپوره)
2) قطر دهانه و گلوگاه شیپوره
3) عمر شیپوره
زاویه همگرایی قطر روزنه در ایجاد یک جت همگن و تقویت هسته اصلی و مرکزی جت بسیار، موثر می باشند.

راه آهن تندرو یا سریع السیر به سامانه ای گفته می شود که با سرعتی بیش از
سرعت قطار های معمولی تردد می کند در اروپا به خطوطی بیش از 200 کیلومتر
برساعت و در امریکا بیش از 145 کیلومتر بر ساعت خطوط تندرو اطلاع می شود .
برای تندرو یا سریع السر بودن حد و یا استاندارد واحد جهانی وجود ندارند . به صورت
عملی سرعت سرعت بیشتر قطار های مدرن و تندرو کنونی از 300 کیلومتر بر ساعت

تجاوز  نمی کند . مهم ترین الزامات خطوط تندرو شعاع قوس های زیاد و مهاربندی های

فوق العاده ریل ها برای جلوگیری از لرزش و خروج از خط است . هم چنین می بایست
هیچ گونه تقاطع همسطح در مسیر خط وجود نداشته و برای عبور خطوط دیگر و یا جاده
های متقاطع با خط ، از پل استفاده شود . با توجه به نیاز مبرم کشور های توسعه یافته
و در حال توسعه به سیستمی سریعتر و با تکنولوژی  جدیدتر نسبت  به سیستم حمل
و نقل ریلی موجود ، قطار مغناطیسی مگلو با تلاش مخصصان ایجاد گردید . طبق تعریف
این قطار ها  به طور شناور در هوا و به فاصله کمی از ریل قرار دارند و بدون دریافت مقاومت
زیادی از محیط می توانند با سرعت بسیار زیاد حرکت کنند . این قطار ها برای حرکت خود از
نیروی الکترومغناطیسی بهره می گیرند . در مگلو تماس با ریل وجود ندارد و قطار ها به جای
غلتیدن چرخ برروی ریل به وسیله نیروی مغناطیسی در  هوا شناور شده و با استفاده  از موتور
خطی به جلو رانده می شوند . در این پروژه به بررسی تاریخچه مگلو ، سیستم های به کار
گرفته شده جهت بهره برداری از آن در کشور های دارای این صنعت نظیر آلمان ، امریکا و ژاپن
پرداخته می شود و در ادامه به بررسی ساختار و جزئیات خطوط مگلو و ملزومات این سیستم
، بار های وارده بر سازه مسیر و در انتها معایب و مزایای این تکنولوژی بررسی می شود .

و تاریخچه كارهای انجام شده:
امروزه افزایش آگاهی از محدودیت منابع انرژی و همچنین افزایش تقاضای مصرف انرژی از یك طرف و
وجود اتلاف انرژی قابل ملاحظه در سیستم های حرارتی از طرف دیگرجوامع علمی را بر آن داشته است تا
با بررسی س یستم های انرژی ، در پی راهكارهایی برای كاهش اتلاف از این سیستم ها باشند . همیشه
انتقال حرارت با تولید آنتروپی همراه است كه این خود یكی از راه های تخریب قابلیت انجام كار می باشند.
لذا درك بازگشت ناپذیری در فرایند انتقال حرارت و سعی در درك مكانیزم تولید آنتر وپی ، حس
مهندسی را تقویت می كند . به عنوان مثال یك مبدل حرارتی با طراحی خوب ، به معنی دارا بودن
بیشترین بازدهی ترمودینامیكی است واین میسر نمی شود مگر باكمترین تولید آنتروپی یا كمترین تخریب
قابلیت انجام كار .
هنرتعدیل فر آیند جابجایی كه منجر به حداقل رساندن ت خریب قابلیت انجام كار می شود، یكی از ابعاد

كاربردی بهینه كردن تولید آنتروپی می باشد . بازگشت ناپذیری عاملی است كه باعث افزایش كار هدر
رفته و كاهش كار مفید و پتانسیل انجام كار سیستم می شود .
ازآنجا كه میزان تولید آنتروپی بیانگر میزان بازگشت ناپذیری سیستم م ی باشد به وسیله قانون دوم
ترمودینامیك بر روی سیستم ها می توان با كمینه كردن تولید آنتروپی ، افت های اصطكاكی وحرارتی را
به حداقل رساند .
اكثر فر آیند های انتقال حرارت جابجایی شامل دو نوع بازگشت ناپذیری می باشند . یكی در ارتباط با
ترم اصطكاكی و تلفات لز جتیی سیال و دیگری متناسب با میزان انتقال حرارت به واسطه یك گرادیان
دمای محدود می باشد .
تولید آنتروپی در سیستم های تبدیل انرژی به وسیله بیجان بحث شده است و خط مشی آنالیز قانون دوم
ترمودینامیك را در طراحی سیستم های حرارتی به طور دقیق بیان كرده وگام های اصلی در
زمینه بررسی تولید آنتروپی در سیستم های عملی را نیز به طور واضح مدون نموده است .او در یكی از
آخرین آثارش به طور اجمالی بر كارهای انجام شده در زمینه تولید آنتروپی در سیستم های انرژی ی
كرده است و می توان آن را كتاب مرجعی در این زمینه دانست.

:
عضوهای سازه ای و اجزای ماشین بر اساس سه مشخصه انتخاب میشوند :استحكام , سفتی و پایداری.در برخی از سیستم های سازه ای پایداری بسیار مهم است.
پدیده ناپایداری ساز ه ای در وضعیت های متعددی تحت تنش فشاری،حرارتی و یا هر دو رخ میدهد.ورق های نازك اگرچه بارهای كششی را به خوبی تحمل میكنند، در انتقال بارهای فشاری بسیار ضعیف اند .تیرهای باریك كه به صورت جانبی مهار نشده باشند می توانند به اطراف بپیچند و تحت بار اعمالی در هم بش كنند.مخزن های تحت خلاء و نیز بدنه زیر دریایی ها اگر درست طراحی نشده باشند تحت
فشار خارجی به شدت دچار اعوجاج می شوند و شكل هایی پیدا می كنند كه با شكل اولیه آنها بسیار متفاوت هستند .وقتی لوله ای جدار نازك در معرض گشتاور ویا فشار داخلی قرار گیرد مانند دستما ل خارجی چروكیده می شود.
پوسته نازك موشك ها در برخی از مراحل احتراق تحت بارهای فشاری شدید قرار میگیرد .این مسائل از لحاظ طراحی مهندسی بسیار مهم

 هستند .به علاوه پدیده های كمانش و یا چروكیدگی درعضو های تحت بار به صورت ناگهانی ایجاد می شوند .به همین سبب بسیاری از شكست های ناشی از ناپایداری سازه ای عجیب و بسیار خطرناك است .بررسی كمانش در سازه های ساخته شده از مواد جدید از قبیل مواد تابعی توجه زیادی را به خود معطوف كرده است.

در سالهای اخیر TANIGAWA حل یک بعدی حرارت را برای صفحه غیر هموژن در حالت گذرا به دست آورده است. فرمولاسیون تحلیلی و حل عددی تنش های حرارتی و تغییر شکل ها برای پوسته های ساخته شده از مواد تابعی تحت بارگذاری حرارتی ناشی از سیال توسط TAKEZONO انجام گرفته است. ارتباط بین حل های خمشی تئوری صفحه کلاسیک و تئوری صفحه مرتبه اول برای صفحات دایره ای ساخته شده از مواد تابعی توسط REDDY صورت گرفته است. پخش امواج مکانیکی و حرارتی در اثر افزودن حرارت در این مواد را SUMI مطالعه کرده است. جواهری و اسلامی کمانش حرارتی و مکانیکی صفحات مستطیل شکل ساخته شده از مواد تابعی را براساس تئوری کلاسیک صفحه گزارش داده اند. آنها با استفاده از روش انرژی به حل مورد نظر دست یافته اند. همچنین آنها با استفاده از جابجایی مرتبه بالا کمانش حرارتی این مواد را بررسی کرده اند. آنها با حل دستگاه پنج معادله پایداری نیروهای کمانش را محاسبه کرده اند. نجفی زاده و اسلامی پایداری ترموالاستیک صفحات دایره ای ساخته شده از مواد تابعی را بررسی کرده اند. MA و WANG با بکارگیری تئوری مرتبه سه تغییر شکل برشی صفحات خمش متقارن و مسائل کمانش صفحه دایره ای شکل ساخته شده از مواد تابعی را بررسی کرده اند.

SHEN رفتار پس کمانش پوسته های استوانه ای با خواص وابسته به دما بررسی کرده است. تحلیل سه بعدی کمانش حرارتی بر روی مواد تابعی با روش اجزا محدود توسط NA  و KIM انجام شده است. پاسخ دینامیکی ترموالاستیک صفحات و استوانه های ساخته شده از مواد تابعی توسط REDDY و CHIN مطالعه شده است. حل دقیق تنش های حرارتی و انبساط حرارتی برای حرارت یکنواخت در استوانه ای از مواد تابعی به وسیله ZIMMERMAN و LUTZ بررسی شده است. تحلیل کمانش سازه های مواد تابعی به صورت گسترده صورت نگرفته است. فرمولاسیون پایداری صفحات مواد تابعی توسط BIRMAN انجام گرفته است. پایداری پوسته های استوانه ای مواد تابعی تحت بارگذاری هارمونیک محوری را NG انجام داده است. تحلیل کمانش حرارتی صفحه نازک مستطیل مواد تابعی مبنی بر تئوری کلاسیک صفحه را WU بررسی کرده است. معادلات پایداری خطی با بکارگیری روش تعادل بحرانی را WU LANHE مطالعه کرده است. اخیرا اسلامی و شریعت کمانش مواد تابعی تحت بارگذاری فشاری درون صفحه براساس تئوری مرتبه اول صفحه ارائه داده اند. کمانش حرارتی و مکانیکی صفحات نازک تابعی با استفاده از تئوری مرتبه سوم و کاهش پنج معادله پایداری به دو معادله به وسیله اسلامی و شریعت انجام شده است. BIRMAN کمانش صفحات FGM تحت فشار غیرمحوری را بررسی کرده است. جواهری و اسلامی با استفاده از تئوری کیرشهف صفحات نازک تحلیل کمانش حرارتی و مکانیکی صفحات FGM را مطالعه و بررسی کرده اند. در حالی که کار WU بررسی تاثیر شکل برشی بر روی کمانش حرارتی بوده است. اسلامی و نجفی زاده پایداری حرارتی صفحات دایره ای FGM را ارائه داده اند. این مساله قابل مشاهده است که بسیاری از پژوهش ها بر روی ارزیابی بار بحرانی کمانش حرارتی و مکانیکی صفحات دایره ای / مستطیلی FGM با استفاده از تئوری تغییر شکل کوچک صورت گرفته است. ورق های به طور عمومی در طول ضخامت به دلیل تغییرات خواص ماده در ضخامت نامتقارن هستند. گذشته از این تغییرات بار حرارتی در این قبیل مواد در طول ضخامت غیرمتقارن است بنابراین نوع ناپایداری انشعاب در مسیر تعادل متفاوت از صفحات هموژن است.