مهندسی مکانیک
مکانیک بهشت ریاضیات است.

ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

علل خرابی یاتاقان

عمریک یاتاقان غلتشی به کل تعداد سیکل های تنش و بار هایی که به اجزای غلتشی وغلتک های یاتاقان وارد می شود بستگی دارد.روش استاندارد شده محاسبه تنش های دینامیکی یاتافان بر پایه ویژگی خستگی مواد تشکیل دهنده یاتاقان که با عث خرابی در یاتا قان میشود،می باشد. خستگی معمولی با پوست پوست شدن وورق ورق شدن در سطح یاتاقان آشکار خواهدشد.

علل خرابی یاتاقان
1-خرابی ناشی از جازدن
خرابی محلی در شیار های یاتاقان ناشی از عیب جازدن یاتاقان می باشد.این خرابی برای نمونه زمانی رخ می دهد که رینگ داخلی یاتاقان غلتشی استوانه ای به خوبی در رینگ خارجی آن حا زده نشود و یا نیروی جا زدن یاتاقان در وسط اجزای یاتاقان وارد شود.
حوزه بار رینگ یاتاقان، ناشی از بارهای خارجی اعمال شده وشرایط گردش یاتاقان است که این حوزه با کدر شدن شیار های یا تا قان مشخض میشود.
شیار های غیر عادی روی یا تاقان،ناشی ازپیشبار مخربی است که از جا زدن خیلی محکم یا تاقان ویا تنظیم غیر دقیق یا تاقان روی محور ،می باشد.

2-آلودگی
ذرات خارجی که روی سطح یا تاقان قرار می گیرند موجب خستگی زودرس در یاتاقان می شوند.ذرات خارجی که دارای خاصیت سایندگی هستند خرابی یاتاقان را تسریع می بخشند وباعث خشن شدن سطوح و کند شدن یاتاقان می شوند.سایش زیاد موجب لقی بیش از اندازه در یاتاقان می شود.
آلودگی ها:
1-قطعات آلوده
2-گرد وخاک
3-درز گیری نا کافی
4-روانساز های آلوده
5-خرده فلز های قطعات دیگر که همراه روانساز ها به یاتاقان منتقل میشود.
3-خوردگی
خوردگی در یاتاقان های غلتشی ممکن است به شکل های مختلف وبه دلایل گوناگون رخ دهد. خراب
ناشی از خوردگی با سر وصدایاتاقان هنگام کارکردن آشکار می شود.زنگ زدگی حاصل از خوردگی
توسط اجزای یاتاقان ساییده می شوند وباعث سایش سطح یاتاقان می شود.
عوامل خوردگی:
1-آببندی نا کافی در برابر رطوبت و بخا ر آب
2- روانساز هایی که حاوی اسید می باشند
3-محیط نامناسب انبار نگهداری یاتاقان ها
سایش ساچمه ها با شیار یاتاقان با خراش هایی در سطح غلتک یا تا قان ظا هر می شود. این خراش ها در مقایسه با دندانه شدن اجزای یاتاقان در اثر نصب نا مناسب دارای لبه های برآمده نیستند
سایش میان ساچمه هاو شیار یاتاقان در اثر ارتعاشات در سطح هایی از یا تاقان که ساکن هستند باعث ساییدگی شدید می شوند.چنین خرابی در ماشین هایی که در حال سکون در معرض ارتعاشات هستند به وجو د خواهدآمد که راه بر طرف کردن آن ایجاد لبه های مناسب در یاتاقان ویااستفاده از ابزار مناسبی برای محافظت یا تاقان در هنگام دوران می باشد.
خوردگی که سطح یاتاقان را از میان می برددر سطوحی رخ می دهد که انطباق آن ها با سایر اجزاء به صورت آزاد می باشد.حرکت های ریزی که در چنین سطوحی رخ می دهد با عث سایش زیادی می شود که حرکت یا تا قان را کند کرده وبه سطح محور آسیب می رساند. را ه حل بر طرف کردن این مشکل استفاده از انطباق محکم میان این سطوح می باشد.
4- عبور جریان الکتریسیته
عبور مداوم جریان الکتریسیته از یاتاقان باعث ایجاد خراش های قهوه ای رنگ موازی با محور در تمام محیط غلتک و سایر اجزای غلتشی یاتاقان می شود.



5-روانسازی ناقص
روانسازی ناقص در اثر تامین نا کافی روانساز ویا استفاده از روانسازهای نا مرغوب ایجاد می شود.
اگر لایه روغن کافی میان سطوح تامین نشودکه حرکت لغزشی وسایش به وجود خواهد آمدکه علت تشکیل حفره های ریز و پوست پوست شدن سطح در غلتک های یاتا قان می باشد در مواردی که عمل روانسازی بیش از اندازه انجام می شود ،روانساز به دلیل حرکات شدید یاتاقان گرم شده وخاصیت خودرا از دست می دهند وبا عث خرابی شدید در یا تاقان می شوند .از نگهداشتن روانساز ها در یاتاقان به خصوص در سر عت های بالا بپر هیزید.
علائم
علت ها
مثال
حرکت نا موزون
خراب شدن رینگ ها و ساچمه ها
آلودگی
لقی بیش از حد
لنگ زدن چرخ در وسایل نقلیه
افزایش ارتعاشات در فن ها
ارتعاشات درمیل لنگ در موتور های احتراقی
کاهش دقت
سایش در اثر آلودگی یا روغنکاری نا کافی
خراب شدن رینگ ها و ساچمه ها
تکان های شدید آسیاب ها
سر وصدا با فرکانس زیاد هنگام کار کردن
لقی مجاز نا کافی
سروصدا یاتاقان ها در گیر بکس موتورهای الکتریکی
سر وصدا نا منظم
لقی بیش از حد
آلودگی
روغنکاری نا کافی
تغییرات منظم در سر وصدا
تغییر لقی به علت تغییر دما
خرابی غلتک ها

بلبرینگ غلتشی
بلبرینگ غلتشی
بلبرینگ لغزشی ( در فضای بین دو جداره روغن می ریزند )
 
iran-eng.com


ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

 

فلزات و تغییر شکلشان
فلز ماده‌ای است که می‌توان آن را صیقل داده و براق کرد، یا به طرح‌های گوناگون در آورد و از آن مفتول‌های سیمی ظریف تهیه کرد. فلز جسمی است که آزمایش‌های مربوط به گرما و مهم‌تر از همه جریان الکتریکی را به خوبی هدایت می‌کند. فلزات با یکدیگر فرق زیادی دارند، از جمله در رنگ و سختی و نرمی، تعدادی از آنها ممکن است به آسانی خم شده و یا خیلی محکم و مقاوم باشند


شکل واقعی فلزات
شکل واقعی فلزات به اندازه یون و تعداد الکترون‌هایی که هر یون در حوزه اشتراکی دارد و انرژی یون‌ها و الکترون‌ها بستگی دارد. هر قدر فلز گرمتر شود این انرژی زیادتر خواهد شد. پس فلزات گوناگون ممکن است طرح‌های گوناگونی به خود بگیرند. یک فلز ممکن است در حرارت‌های مختلف، طرح‌های متنوعی را اختیار کند، اما در بیشتر آرایش‌ها، یون‌ها کاملاً پهلوی هم قرار دارند، و معمولاً تراکم در فلزات زیادتر از دیگر مواد است. اختلافات عمده فلزات و دیگر جامدات و مایعات.فلزات هادی خوب برق هستند. چون الکترون‌های آنها برای حرکت مانعی ندارند. همه فلزات جامد و مایع گروهی الکترون آزاد دارند، طبعا همه فلزات هادی‌های خوب الکتریسیته هستند. به این سبب فلزات از دیگر گروه‌های عناصر، کاملاً متفاوت دارد.
اختلاف عمده فلزات و دیگر جامدات و مایعات، در توانایی هدایت گرما و الکتریسیته است. هادی خوب آزمایش‌های مربوط به گرما جسمی است که ذرات آن طوری تنظیم شوند که بتوانند آزادانه نوسان یافته و به ذرات مجاور خود نیز امکان نوسان آزاد را بدهند. "گرم شدن" همان نوسانات سریع یون‌ها و الکترون‌ها است. در فلزات چون گروه الکترون‌ها، غبار مانند یون‌ها را احاطه می‌کنند، طبعا هادی‌های خوبی برای حرارت هستند «رسانش گرمایی فلزات).

مقاومت مکانیکی فلز
مقصود آن مقدار باری است که فلز می‌تواند تحمل کرده، نشکند. بسیاری از فلزات، وقتی گرم هستند، اگر تحت فشار قرار گیرند، شکل خود را زیادتر از موقعی که سرد هستند، تغییر می‌دهند. بسیاری از فلزات در زیر فشار متغییر مانند نوسانات، آسانتر از موقعی که سنگین باری را تحمل می‌کنند، می‌شکنند.

علت درخشش فلزات
دلیل اول آن است که با طرح ریزی و براق کردن صحیح می‌توان فلزات را به شکل خیلی صاف تهیه کرد. گر چه آنها نیز تصاویر را خوب منعکس می‌کنند، ولی ظاهر سفید و درخشان بیشتر قطعات فلزی صیقلی شده را ندارند. بطور کلی جلا و درخشندگی فلز بستگی دارد به گروه الکترون‌های آن دارد.الکترون‌ها می‌توانند هر نوع انرژی را که به روی فلزات می‌افتد جذب کنند؛ زیرا در حرکت آزاد هستند. بیشتر انرژی الکترون‌ها از تابش نوری است که به آنها می‌افتد، خواه نور آفتاب باشد یا نور برق. اکثر فلزات همه انرژی جذب شده را پس می‌دهند، به همین دلیل، نه تنها درخشان بلکه سفید به نظر می‌آیند.

علت تغییر شکل فلزات
بسیاری از فلزات در حرارت ویژه‌ای، آرایش یون‌های خود را تغییر می‌دهند. با تغییر ترتیب آرایش یون‌های بسیاری از خصوصیات دیگر فلز نیز دگرگون می‌شود و ممکن است فلز کم و بیش شکننده، قردار، بادوام و قابل انحنا شود یا اینکه انجام کار با آن آسان گردد. بسیاری از فلزات در هنگام سرد بودن، به سختی تغییر شکل می‌پذیرند. بیشتر فلزات جامد را به زحمت می‌توان در اثر کوبیدن به صورت ورقه و مفتو‌ل‌های سیم در آورده، ولی اگر فلز گرم شود، انجام هر دو آسان است.

جستارهای وابسته

آلیاژ
اجسام رسانا
الکترون
انبساط جامدات
انتقال گرما
جامد
تنگستن
رسانش الکتریکی فلزات
فلزات مایع
مقاومت مکانیکی
بسیاری از قطعات آلومینیمی به همان روش و با استفاده از همان دستگاه هایی شکل داده می شوند که برای شکل دادن فلزاتی چون فولاد ، مس و غیره به کار می رود اما در شکل دادن آلومینیم و آلیاژهیا آن برای دستیابی به شکل مورد نظر باید چندین مطلب مهم را در نظر گرفت از میان خواص مشخص آلومینیم می توان خواص زیر را نامب رد آلومینم سطحی نرمتر از فولاد دارد آلومینیم در مقابل شیار ( شکاف ) حساس است آولومینم اگر تحت خمش قرار بگیرد تمایل قابل توجه ای در بر گشتنب ه حالت اولیه خود دارد ( فنریت بالا)آلومینیم ضریب انتساط حرارتی و قابلیت حدایت حرارتی زیادی دارد سطح آلومینم به آسانی آسیب می بیند بنابراین تولیدات نیمه تمام و قطعات تمام شده آلومینیم باید در موقع جابه جایی کل شود و از اکسیژن یا شراندن آن بر روی میز کار و کف زمین پرهیز کرد از آلودگی سطح فلزی آلومینیم با ذرات فلزات سنگین باید پرهیز شود زیرا در صورت وجود رطوبت به خودگی آلومینیم کمک می کند.

آلومینم دارای فنریت زیادی است وقتی آلومینیم خم یا تا شود قابلیت انعطاف ( فنریت ) خیره کننده در مقایسه با قابیت انعطاف ( فنریت ) فولاد معمولی از خود نشان می دهد هر چه آلیاژ سخت تر باشد فنریت آن بیشتر است برگشت پذیری را می توان با خم کردن بیش از اندازه جبران کرد ولی مقدار صحیح و مطلوب آن برای کار مورد نظر را باید از طریق آزمایش و خظا تعیین کرد فنریت زیاد آلومینم در مقایسه با فولاد هب علت مدول الاستیکی نسبتا پایین آن است بیش از حد گرم کردن ماده آلومینیمی در دماهای غیر مجاز حتی به مدت بسیار کوتاه آسیب جبران ناپذیریبه فلز می رساند آن قدر که بریا برازندگی آن با کار باید آن را دوباره ذوب کرد بنابر این در کلیه عملیات کار گرم باید دقت دما را کنترل کرد.اغلب عملیات شکل دادن آلومینیم در حالت سرد انجام می گیرد زیرا وقتی پوفیلی با رویه نازک و روق های نازک حرادت داده می شوند امکان تاب خوردن آنها وجود دارد نیروی لازم برای تغییر شکل آلومینیم کمتر از فولاد است نرمی آلومینیم به خود ماده ( نوع آلیاژ ) و حالت آن بستگی دارد وضعیت آلومینیم مانند هر فلز دیگری در اثر کار سرد تغییر می کند تاثیر کار سرد بر آلومینم از این قرار است ماده مستحکم تر و سخت تر می شود در قطعه تنش تولید می شود اگر تغییر شکل از ظرفیت تغییر شکل پذیری فلز بیشتر شود کار سرد مممکن است باعث ترک خوردن آن شود راحت ترین ماده آلومینیمی از نظر تغییر شکل و نرمی آلویمینم حالص آلومینیم تصفیه شده و آلیاژ Al-Mn در حالت نرم است.

آلومینیم خالص و آلیاژهای آلومینیم در حالت نیمه سخت و آلیاژهای پیر سختی پذیر در حالت نرم در حال کار پذیر هستند گر چه کارپذیری آن ها کمتر از موادبیشتر شاد شده است آلیاژ های آلومینیم در حالت سخت یا حالات کاملا پیر سهت شده به مقدار کمی کار پذیرند و به طور کلی کارپذیری آنها بسیار مشکل است.آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایع هوا – فضا یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمی تواند حدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژ های متداول آلویمنیم باشد این وزن کم می تواند باعث استخکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشد آهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایین می شود.

آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپیما های نظامی و تجاری به کار می روند. آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایع هوا – فضا یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمی تواند حدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژ های متداول آلویمنیم باشد این وزن کم می تواند باعث استخکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشد آهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایین می شود آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپیما های نظامی و تجاری به کار می روند .

آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایع هوا – فضا یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمی تواند حدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژ های متداول آلویمنیم باشد این وزن کم می تواند باعث استخکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشد آهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایین می شود آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپیما های نظامی و تجاری به کار می روند استکام بالای آلیاژهای Al-Li ناشی از قابلیت آن ها برای پیر سختی است مهمترین زمینه های کاربرد آلومینم در صنایع عبارتند از :1- مصارف خانگی نظیر ظروف 2- مصارف ساختمانی نظیر در و پنجره 3- مصارف تاسیساتی نظیر لوله و اتصالات 4- مصارف صنایع فضایی5- مصارف اتومبیل سازی 6- مصارف کشتی سازی بدنه پروانه پمپ 7- مصارف تجاری و بسته بندی چای مواد لبنی ضخامت تا 10 میکرون 8- مصارف الکتریکی : نظیر کابل ها .
بسیاری از قطعات آلومینیمی به همان روشو با استفاده از همان دستگاه هایی شکل داده می شوند که برای شکل دادن فلزاتی چون فولاد ، مس و غیره به کار می رود اما در شکل دادن آلومینیم و آلیاژهیا آن برای دستیابی به شکل مورد نظر باید چندین مطلب مهم را در نظر گرفت از میان خواص مشخص آلومینیم می توان خواص زیر را نامب رد آلومینم سطحی نرمتر از فولاد دارد آلومینیم در مقابل شیار ( شکاف ) حساس است.
آلومینیوم اگر تحت خمش قرار بگیرد تمایل قابل توجه ای در بر گشتنب ه حالت اولیه خود دارد ( فنریت بالا)آلومینیم ضریب انتساط حرارتی و قابلیت حدایت حرارتی زیادی دارد سطح آلومینم به آسانی آسیب می بیند بنابراین تولیدات نیمه تمام و قطعات تمام شده آلومینیم باید در موقع جابه جایی کل شود و از اکسیژن یا شراندن آن بر روی میز کار و کف زمین پرهیز کرد از آلودگی سطح فلزی آلومینیم با ذرات فلزات سنگین باید پرهیز شود زیرا در صورت وجود رطوبت به خودگی آلومینیم کمک می کند آلومینم دارای فنریت زیادی است.

وقتی آلومینیم خم یا تا شود قابلیت انعطاف ( فنریت ) خیره کننده در مقایسه با قابیت انعطاف ( فنریت ) فولاد معمولی از خود نشان می دهد هر چه آلیاژ سخت تر باشد فنریت آن بیشتر است برگشت پذیری را می توان با خم کردن بیش از اندازه جبران کرد ولی مقدار صحیح و مطلوب آن برای کار مورد نظر را باید از طریق آزمایش و خظا تعیین کرد فنریت زیاد آلومینم در مقایسه با فولاد هب علت مدول الاستیکی نسبتا پایین آن است بیش از حد گرم کردن ماده آلومینیمی در دماهای غیر مجاز حتی به مدت بسیار کوتاه آسیب جبران ناپذیریبه فلز می رساند آن قدر که بریا برازندگی آن با کار باید آن را دوباره ذوب کرد بنابر این در کلیه عملیات کار گرم باید دقت دما را کنترل کرد .
انواع تغییر شکل:

بررسی مکانیزمهای ایجاد ترک و مکانیزمهای متفاوت رشد سریع یا در حد بحرانی ترک و رشد آرام و پایینتر از رشد بحرانی از اهمیت ویژه صنعتی برخوردارند. بررسی فعل و انفعالات فیزیکی که به هنگام شکست روی میدهد چندان ساده نیست، زیرا چگونگی ایجاد ترک و رشد آن و بالاخره نوع شکست در مواد کریستالی به جنس، ساختار شبکه کریستالی، ریزساختار و از آنجا که قطعات معمولا به طور کامل سالم و بدون عیب نیستند به نوع، اندازه و موقعیت عیب، نوع و حالت تنش وارد بر آنها بستگی خواهد داشت. معمولا شکست درفلزات به شکست نرم و شکست ترد تقسیم می شود.در صنعت هدف، کنترل و به تعویق انداختن شکست است.


شکست نرم:
بسیاری از فلزات و آلیاژهای آنها، به ویژه آنهایی که دارای شبکه fcc هستند، مانند آلومینیوم و آلیاژهای آن، در تمام درجه حرارتها، شکست نرم خواهند داشت. شکست نرم به آرامی و پس از تغییر شکل پلاستیکی زیاد به ازای تنشی بالاتر از استحکام کششی ظاهر میشود. از مشخصات شکست نرم، تحت تاثیر تنش کششی، ظاهر گشتن گلویی یا نازکی موضعی و ایجاد حفره های بسیار ریز در درون قسمت گلویی و اتصال آنها به یکدیگر تا رسیدن به حد یک ترک ریز و رشد آرام ترک تا حد پارگی یا شکست نهایی است

مراحل مختلف شكست نرم در یك فلز انعطاف پذیر

در این نوع شکست علت ایجاد حفرهای ریز در محدوده گلویی میتواند تغییر شکل غیر یکنواخت ناشی از ناخالصیهای موجود در ماده اصلی زمینه باشد. لذا با ایجاد حفره های بسیار ریز در محدوده گلویی حالت تنش سه محوری برقرار میشود که منجر به ایجاد ترک میشود .
در طراحی و ساخت اجزای ماشین آلات و در ساختمان سازی، تنشهای وارد بر سازه های فلزی در محدوده الاستیکی انتخاب میشود. بنابراین در کاربرد صنعتی، شکست در حالت تنش استاتیکی در مواد انعطاف پذیر ( داکتیل ) یک پیشامد نامطلوب است.

ترك داخلی در نا حیه نازك شده در نمونه كششی مس با خلوص بالا

شکست ترد:
شکست ترد معمولا در فلزاتی با ساختار کریستالی مکعب مرکزدار(bcc ) و هگزاگونال متراکم (hcp) و آلیاژهای آنها در درجه حرارتهای پایین ( معمولا پایینتر از دمای معمولی محیط ) و سرعتهای تغییر شکل بالا بطور ناگهانی ظاهر میشود. شکست ترد در امتداد صفحه کریستالی معینی، به نام صفحه کلیواژ، انجام میگیرد. در شکست ترد عموما تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی در منطقه شکست مشاهده نمیشود.نظریه شکست ابتدا علت شکست را این چنین بیان کرد که تمام پیوندهای اتمی در امتداد صفحه شکست هم زمان با هم گسیخته میشوند. بدین ترتیب که با ازدیاد تنش فاصله اتمها از یکدیگر دور میشوند ودر نهایت به محض اینکه تنش به حد تنش شکست ( تنش بحرانی ) رسید، در نتیجه گسستن تمامی پیوندهای اتمی در صفحه عمود بر امتداد کشش، شکست پدیدار میشود.در جدول زیر تنشهای بحرانی عمود بر صفحات کریستالی معین در چند تک کریستال برای شکست داده شده است.

شكست ترد وتعدادی از تك كریستالها

عملا تنش لازم برای شکست مواد لازم فلزی به اندازه قابل توجهی کمتراز تنش شکست محا سبه شده ا ز طریق تئوری است . بنابراین فعل وانفعال شکست نمیتواند از طریق گسستن همزمان تمامی پیوند های اتمی درامتداد سطح شکست صورت گیرد. بد ین ترتیب فعل و انفعالات شکست عملا بیشتر از طریق ایجاد یک ترک بسیار ریز به عنوان منشا ترک و رشد و پیشروی آن انجام میگیرد . برای پیشروی ترک د ر یک ماده لازم است مقدار تنش متمرکز در نوک ترک از استحکام کششی در آن موضع فراتر رود . د ر مواردی که شرایط برای پیشروی منشا ترک مساعد نیست ترک می تواند متوقف گشته وشکست پدیدار نشود.


مكانیزم ایجاد ترك از طریق نابجاییها

الف) تجمع نابجائیها در پشت مرز دانه ها (Zener)
ب) تلاقی نابجائیها (Cottrell)

کاترل مکانیزم د ومی رابرای ایجاد منشا ترک ارائه کرد. بد ین صورت که منشا ترکهای ریز می تواند د ر اثر تلا قی د و صفحه لغزش بایکد یگر ، د ر نتیجه د ر هم آمیختن نابجاییها د ر محل تلا قی آن د و صفحه و ایجاد نابجاییها ی جد ید ، ناشی شود، این مکانیز م می تواند د لیلی برای ایجاد سطح شکست ( صفحه کلیواژ ) مشاهده شده د ر صفحه (001 ) د ر فلزات باساختار کریستالی مکعب مرکزدار (bcc ) باشد.
درفلزات چندین کریستالی شکست تر د میتواند به صورت برون دانه ای ( بین دانه ای) و یا درون دانه ای باشد.شکست برون دانه ای در بین دانه ها د ر امتداد مرز دانه ها ظاهر می شود. د لیل این نوع شکست بیشتر میتواند وجود ناخالصیها یا جدایش و رسوب عناصر یا فازهای ترد و شکننده د ر امتداد مرز دانه ها باشد. شکست ترد درفلزات بیشتر به صورت درون دانه ای است . بدین ترتیب که ترک د ر داخل دانه ها گسترش می یابد. د رجه حرارت و سرعت تغییر شکل تاثیر مخالفی برروی نوع شکست خواهد داشت ، به طوری که باکاهش درجه حرارت و ازد یاد سرعت تغییر شکل ، تمایل برای شکست ترد به صورت درون دانه ای د ر حین خزش د ر نتیجه تغییرات شیمیائی دراثر اکسیداسیون ممکن خواهد بود. چنانچه اکسیداسیون برون دانه ای در فلزات صورت گیرد، تنش شکست بسیار کاهش می یابد.

تافنس شکست:
چنانچه در جسمی ترک وجود داشته باشد، د راین صورت استحکام آن جسم استحکامی نیست که از طریق آزمایش کشش به دست می آید ، بلکه آن کمتر است. د راین صورت مسئله ترک واشاعه آن اهمیت پیدا می کند. در اینجا تافنس شکست به رفتار مکانیکی اجسام ، شامل ترک یاد یگر عیوب بسیار ریز سطحی یاداخلی مربوط میشود. البته م یتوان اذعان کرد که عموما تمام اجسام عاری از عیب نبوده و شامل عیوبی هستند . دراین صورت آن چه که د رطراحی و اتنخاب مواد برای ما اهمیت صنعتی ویژه ای دارد ، مشخص کردن حد اکثر تش قابل تحمل برای جسمی است که شامل عیبی با شکل و اندازه معینی است . بنابراین به کمک تافنس شکست می توان توانایی جسمی که بطور کامل سالم نیست راد رمقابل یک بار خارجی وارد برجسم سنجید.معمولابرای تعیین تافنس شکست از آزمایش کشش برروی نمونه آماده شده ای از جنس معین که ترکی بطول وشکل معینی برطبق استاندارد درسطح یاداخل نمونه بطورعمد ایجاد شده استفاده می شود، شکل نمونه به گونه ای د ر دستگاه آزمایش کشش قرار می گیرد که ترک ریز به صورت عمود برامتداد تنش کششی قرار گیرد.

اکنون این سئوال مطرح می شود که به ازای چه مقداری از تنش s جوانه ترک مصنوعی د ر داخل جسم گسترش می یابد تاحدی که منجر به شکست نمونه شود . در اطراف این ترک تنش به صورت پیچیده ای توزیع می شود. حداکثر تنش کششی ایجاد شده د ر راس ترک بزرگتر از خارجیs است و تنش بحرانی ( sc ) نامیده میشود.تا زمانی که sc کوچکتراز استحکام کششی است نمونه نمی شکند .با وارد آمدن تنش به نمونه د ر محدوده الاستیکی ابتدا انرژی پتانسیل در نمونه ذ خیره می شود . موقعی که ترک شروع به رشد می کند بین مقدارکاهش انرژی پتانسیل ذخیره شده د رنمونه وانرژی سطحی ناشی از رشد ترک تعادل برقرار است . تازمانی رشد ترک ادامه پیدا می کند که از انرژی الاستیکی کاسته و به انرژی سطحی افزوده شود، یعنی تالحظه ای که شکست ظاهر گرد د .ابتدا گریفیث با توجه به روابط مربوط به انرژی پتانسیل ذ خیره شده و انرژی سطحی ترک در ماده الاستیکی ،مانند شیشه و تغییر و تبد یل آنها به یک د یگررابطه زیر را ارائه کرد:
s=√2Egs ∕ pa

این رابطه برای حالت تنش د و بعدی برقرار است . gs د ر این رابطه انرژی سطحی ویژه و E مد ول الاستیکی ماده است .برای حالت تغییر شکل د و بعدی ( حالت تنش سه بعدی باصرفنظر از تغییر شکل د ربعد سوم ) رابطه زیر را ارائه کرد:

(s = √ 2Egs ∕ pa(1_ n²


لازم به تذکر است که رابطه گریفیث برای یک ماده الاستیکی شامل ترک بسیار ریز باراس ترک تیز ارائه شد و این رابطه ترک باشعاع راس ترک 0≠r را شامل نمی شو د . بنابراین رابطه گریفیث شرط لازم برای تخریب است ، اما شرط کافی نیست .
در رابطه گریفیث انرژی تغییر شکل پلاستیکی در نظر گرفته نشده است . ازاین ر و اروان انرژی تغییر شکل پلاستیکی ، که برای فلزات و پلیمرها در فرآیند شکست قابل توجه است رادر نظر گرفت و رابطه زیر راارائه کرد:

s = √ 2E(gs+gp) ∕ pa

سپس اروین رابطه گریفیث را برای موادی که قابلیت تغییر شکل پلاستیکی دارند ، به کار برد و باتوجه به میزان رها شدن انرژی تغییر شکل الاستیکی در واحد طول ترک د رحین رشد (G) رابطه زیر را برای حالت تنش د و بعدی ارائه داد :

s = √ EG ∕ pa

بامقایسه با رابطه قبل (gs+gp) 2 = s است . بد ین ترتیب د ر لحظه ناپایداری ، وقتی میزان رها شد ن انزژی تغییر شکل الاستیکی به یک مقدار بحرانی رسید ، شکست پدیدار می شود. در این صورت در لحظه شکست :
برای حالت تنش دو بعدی Gc=pasc²∕E
برای حالت کرنش دو بعدیGc= pa(1- n² ) sc² ∕ E = Kc² ∕ E

Gcمقیاسی برای تافنس شکست یک ماده بوده و مقدار آن برای هر ماده ای ثابت و معین است . بامعلوم بودن این کمیت می توان مشخص کرد که مقدارa به چه اندازه ای باید برسد تاجسم بشکند . بدین ترتیب این رابطه در مکانیزم شکست اهمیت دارد. هرچقدر Gcکوچکتر باشد ، تافنس کمتر یا به عبارتی ماده تردتراست .رابطه زیر را برای حالت تنش دو بعدی می توان به صورت زیر نوشت :

Gc = √ EGc ∕ pa

و برای شرایط تغییر شکل نسبی د و بعدی رابطه زیر ارائه شده است :

(s = √ EGc ∕ pa(1_n²

تعیین تنش شکست بحرانی sc کار چندان ساده ای نیست . اما می توان گفت که به ازای تنشهای جسم باوجود ترک هنوز نمی شکند . از این رو تنش درحد پاینتر از مقدار بحرانی با ضریب شدت تنش K توصیف و رابطه زیر برای آن ارائه شد ه است :

K= fs√ pa

در این رابطه f ضریب هند سه نمونه معیوب ، s تنش اعمالی وa اندازه عیب است ، در شکل تئوری گریفیث اگر عرض نمونه نامحدود فرض شود ، دراین صورت 1 = f است . با انجام آزمایش روی نمونه ای با اندازه معینی از عیب می توان مقدار k ، که به ازای آن ترک شروع به رشد کرده و موجب شکست میشود ، را تعیین کرد . این ضریب شدت تنش بحرانی به عنوان تافنس شکست نامیده میشود و به Kc نشان داده میشود .اماازطرفی ، همچنین به ازای تنش ثابتی درحد کوچکتر از استحکام کششی باافزایش کند ترک ، طول ترک (a) میتواند به مقدار بحرانی برسد و به ازای آن نمونه تخریب شود.

تافنس شكست (Kc) از فولادی با تنش تسلیم MN.m2 2070 با افزایش ضخامت تا تافنس شكست در حالت تغییر شكل صفحه ای (دو بعدی) كاهش می یابد.

کمیتهای Kcو Gc بستگی به ضخامت نمونه دارد. همین که ضخامت نمونه افزایش یافت ، تافنس شکست Kcتا مقدار ثابتی کاهش می یابد ، این مقدار ثابت Kc تافنس شکست تغییر شکل نسبی دو بعدی KIc نامیده می شود . Kc کمیتی مستقل از اندازه نمونه است و در محاسبه استحکام که مستلزم اطمینان بالاست ، به کار میرود .

بنابراین در طراحی در محاسبات باید روابط زیر توجه شود :
s< Kc ∕ √ pa

و در حالت تغییر شکل دو بعدی ( حالت تنش سه بعدی باناچیز بودن تغییر شکل در بعد سوم):
s< K1c ∕ √ pa

کمیتهای K1c و G1c نه فقط برای گسترش ترک ترد ونرم تعریف شد ه است ، بلکه همچنین برای شکست تحت شرایط تنش خوردگی ، خستگی و خزش نیز به کار میرود. در جداول زیر تافنس شکست تعدادی از مواد ارائه شده است .

تافنس شكست تعدادی از مواد طراحی

تافنس شكست در حالت تغییر طول نسبی دومحوری (KIc) تعدادی از مواد

اگر حد اکثر اندازه عیب موجود در قطعه a و مقدار تنش وارد برآن s باشد ، میتوان ماده ای را باتافنس شکست Kc یا K1c به اندازه کافی بالا ، که بتواند از رشد ترک جلوگیری کند، انتخاب کرد. همچنین اگر حداکثر اندازه مجاز عیب موجود درقطعه و تافنس شکست ماده ، یعنی Kc یا K1c، معلوم باشد در آن صورت میتوان حداکثر تنش قابل تحمل برای قطعه رامشخص کرد. از این رو میتوان اندازه تقریبی قطعه را تیین کرد، آن چنان که از پایینتر آمدن حداکثر تنش ایجاد شده از حد مجاز، اطمینان حاصل شود.
همچنین اگر ماده معینی انتخاب و اندازه قطعه و تنش وارد برآن مشخص شده باشد ، حد اکثر اندازه مجاز عیب قابل تحمل را میتوان به طور تقریب بدست آورد.
توانایی هرماده در مقابل رشد ترک به عوامل زیر بستگی دارد:
1- عیوب بزرگ ، تنش مجاز را کاهش میدهد. فنون خاص تولید، مانند جداسازی و کاهش ناخالصیهااز فلز مذاب و فشردن ذرات پودر در حالت داغ در تولید اجزای سرامیکی همگی میتواند موجب کاهش اندازه عیب شود و تافنس شکست را بهبود ببخشد.
2- در فلزات انعطاف پذیر ، ماده مجاور راس ترک میتواند تغییر فرم یابد . به طوری که سبب باز شدن راحت راس ترک و کاسته شدن از حساسیت آن شده و ضزیب شدت تنش را کاهش داده و از رشد ترک جلوگیری میکند معمولا افزایش استحکام فلز انعطاف پذیری را کاهش میدهد و سبب کاهش تافنس شکست میشود ، مانند سرامیکهاوتعداد زیادی از پلیمرها ، تافنس شکست بسیار پایینتر از فلزات دارند.
3- مواد ضخیمتر وصلبتر دارای تافنس شکست کمتر از مواد نازک هستند.4- افزایش سرعت وارد کردن بار، مانند سرعت وارد شدن بار د ر آزمایش ضربه ، نوعاتافنس شکست جسم را کاهش میدهد.5- افزایش درجه حرارت معمولا تافنس شکست راافزایش میدهد، همان گونه که د ر آزمایش ضربه این چنین است .6- با کوچک شدن اندازه دانه ها معمولا تافنس شکست بهبود مییابد ، د ر حالی که با وجود عیوب نقطه ای و نابجاییهای بیشتر تافنس شکست کاهش مییابد. بنابراین مواد سرامیکی دانه ریز میتواند مقاومت به رشد ترک را بهبود بخشند.

 



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

 

انیمیشن سازی و مونتاژ انواع چرخ دنده در سالید ورک

 

http://solid.blogfa.com/cat-31.aspx



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

 

درباره PDMS

نرم افزار PDMS محصول شرکت AVEVA ،در زمره کارآمدترین و با قابلیترین نرم افزارهای مدلسازی صنایع نفت، گاز و پتروشیمی در دنیا می­باشد که در اکثریت کشورها به عنوان اولین انتخاب در مقایسه با نرم افزارهای مشابه مورد استفاده قرار می­گیرد. همانطور که از نام واژه ترکیبی این نرم افزار پیداست، این برنامه قابلیت طراحی و مدلسازی را از یکسو و قابلیت مدیریت یک سایت را تا بالاترین حد آن از سوی دیگر داراست.
توانایی بالای نرم افزار در فاز مدلینگ سبب انتخاب نرم افزار اول دنیا در این صنعت گردیده و کاربر بدون نیاز به نرم افزار دیگر، قادر به طراحی و مدلسازی یک واحد Plant می باشد .
از آنجا که این نرم افزار در قسمت مربوط به Database بسیار قوی و با دقت طراحی شده است چنانچه یک پروژه با ساختار مناسب و توسط فرد آشنا به این نرم افزار در ابتدا ایجاد گردد، تا انتهایپروژه کوچکترین دغدغه­ای ای بابت از دست رفتن اطلاعات یا خرابی آنها وجود ندارد.
از جمله نکات مثبت این نرم افزار قابلیت همخوانی و ارسال و دریافت فایلها جهت هماهنگی با نرم افزارهای متداول و رایج علم مهندسی می­باشد. چنانچه قابلیت همخواني فایلهای مدلسازی شده در Microstation را داراست و با زبان Visual basic می­توان برای این نرم افزار برنامه­نویسی نمود، قابلیت خروجی انواع گزارشها با فرمت Excel , Word را دارد و همچنین مي توان نقشه­هاي خروجي را با فرمت PLT , DXF , DWG به اتوکد منتقل نمود.
به طور کلی و جهت آشنایی شما بامهمترين محیطهای نرم افزار و کارآیی آنها به شرح مختصر و عملکرد محیطهای می­پردازیم.

DESIGN
جهت مدلسازی یک واحد فرآیندی ازابتدا تا انتها با دقیقترین و کاملترین جزئیات بکار می­رود در این قسمت بخشهای مختلف واحدهای مهندسی مانند مکانیک، سازه، معماری، عمران و برق و ... با توجه به شرح وظایف خود واحدها را مدلسازی می­نمایند. از جمله مهمترین مواردیکه در ماژول
Design می­توان چک نمود، مدلسازی کل Plant، چک کردن برخورداجزاء مختلف، مشاهده آخرین عملیات انجام شده کاربران، گرفتن گزارشها از مدل و مشاهده نمای کلی plant می باشد.
ADMIN
جهت تعریف پروژه، ایجاد بانکهای اطلاعاتی، تعریف کاربران، ایجاد محدوده کاری برای هر کاربر، تعریف
password و مدیریت کلی datase و نرم افزار بکار می­رود. انتظار می­رود کهadmin یک پروژه بر کلیه قسمتهای مختلفpdms تسلط کافی داشته و توانایی رفع مشکلات کاربران دیگر را داشته باشد
)
PARAGON , SPECON
جهت تعریف
PIPING CLASS های پروژه در بخش لوله كشي و ایجاد کاتالوگهای مورد نیاز بخشهای, Piping Instrument . Structure وساير بخشها بکارمی­رود. به طور کلی المانهایی که توسط واحدهاي مختلف در محیط Design ایجاد می­گردند در ابتدا توسط نفر متخصصی در محیط Paragon یا Specon براساس استانداردهاي طراحي و جداول و داده­های پروژه وارد نرم افزار شده­اند.
ISODRAFT
برای تهیه نقشه ایزومتریک که از مدارک خروجی
Piping می­باشدو از فاز مدلینگ پروژه استخراج مي شود بکار می­رود. نقشه­های خروجی با نرم افزار اتوکد قابل رویت می­باشد و در قسمت اجرایی سایت بکار می­رود.دراين ماژول تنظيمات كلي در جهت خروجي نقشه ها وسايز بندي آنها ومديريت برروي چگونگي فايل خروجي تعريف مي شود
DRAFT
جهت تهیه نماهای مختلف و نقشه­های
Plan جهت قرارگیری موقعیت تجهیزات و لوله­ها یا سایر المانهای موجود در Plant بکار می­رود و در زمره مدارک خروجی PDMS می­باشد که قابل تبدیل و باز شدن به فایلهای اتوکد می­باشد و در فاز ساخت پروژه­ها کاربرد فراوانی دارد.
دراين ماژول تنظيمات كلي در جهت چگونگي خروجي نقشه ها وسايز بندي آنها ومديريت برروي فايلهاي خروجي از قبيل رنگ, سايز, فونت, محل ذخيره سازياطلاعات, اندازه گذاريها, ايجاد
TAG بر روي تجهيزات وديگر تنظيمات تعريف مي شود.
SPOOLER
جهت تقسیم ­بندی خطوط
Isometric در Shop و در فاز ساخت پروژه کاربرد دارد.
بطور كلي نرم افزار
PDMS قابليت تعريف يك پروژه در بالاترين سطح ممكن مديريت پروژه, مدلسازي كامل واحد فراينديدر تمامي بخشهاوخروجي فايل بصورت انواع گزارشگيريها, نقشه ها ومدلهاي سه بعدي را داراست.



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

فرآیند تولید اویل پمپ

پروژه درس روشهای تولید و کارگاه((فرآیند تولید اویل پمپ))
زیر نظر استاد ارجمند:
دکتر کلاهان

نویسنده : خلیل شرافت نیا
دانشجوی رشته مکانیک دانشگاه فردوسی مشهد
بهار 86

در این تحقیق سعی شده تا یک بررسی اجمالی بر روی مراحل تولید انواع اویل پمپ صورت گیرد.در ابتدا به مقدمه ای در باره ی سیستم روغنکاری ، وظایف آن و نقش اویل پمپ در آن میپردازیم و سپس اویل پمپ و انواع آن معرفی شده و مراحل تولید صنعتی آن توضیح داده خواهد شد.



دریافت کل مقاله به صورت فایل پاور پوینت



منبع:


ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

پمپ های هيدروليکی

با توجه به نفوذ روز افزون سيستم هاي هيدروليکي در صنايع مختلف وجود پمپ هايي با توان و فشار هاي مختلف بيش از پيش مورد نياز است . پمپ به عنوان قلب سيستم هيدروليک انرژي مکانيکي را که توسط موتورهاي الکتريکي، احتراق داخلي و ... تامين مي گردد به انرژي هيدروليکي تبديل مي کند. در واقع پمپ در يک سيکل هيدروليکي يا نيوماتيکي انرژي سيال را افزايش مي دهد تا در مکان مورد نياز اين انرژي افزوده به کار مطلوب تبديل گردد.

فشار اتمسفر در اثر خلا نسبي بوجود آمده به خاطر عملکرد اجزاي مکانيکي پمپ ،  سيال را مجبور به حرکت به سمت مجراي ورودي آن نموده تا توسط پمپ به ساير قسمت هاي مدار هيدروليک رانده شود.

حجم روغن پر فشار تحويل داده شده به مدار هيدروليکي بستگي به ظرفيت پمپ و در نتيجه به حجم جابه جا شده سيال در هر دور و تعداد دور پمپ دارد. ظرفيت پمپ با واحد گالن در دقيقه يا ليتر بر دقيقه بيان مي شود.

نکته قابل توجه در در مکش سيال ارتفاع عمودي مجاز پمپ نسبت به سطح آزاد سيال مي باشد ، در مورد روغن اين ارتفاع نبايد بيش از 10 متر باشد زيرا بر اثر بوجود آمدن خلا نسبي اگر ارتفاع بيش از 10 متر باشد روغن جوش آمده و بجاي روغن مايع ، بخار روغن وارد پمپ شده و در کار سيکل اختلال بوجود خواهد آورد . اما در مورد ارتفاع خروجي پمپ هيچ محدوديتي وجود ندارد و تنها توان پمپ است که مي تواند آن رامعين کند.

 

پمپ ها در صنعت هيدروليک به دو دسته کلي تقسيم مي شوند :

 1- پمپ ها با جا به جايي غير مثبت ( پمپ های ديناميکي)

 2- پمپ های با جابه جايي مثبت

 

پمپ ها با جا به جايي غير مثبت : توانايي مقاومت در فشار هاي بالا را ندارند و به ندرت در صنعت هيدروليک مورد استفاده قرار مي گيرند و معمولا به عنوان انتقال اوليه سيال از نقطه اي به نقطه ديگر بکار گرفته مي شوند. بطور کلي اين پمپ ها براي سيستم هاي فشار پايين و جريان بالا که حداکثر ظرفيت فشاري آنها به 250psi    تا3000si   محدود مي گردد مناسب است. پمپ هاي گريز از مرکز (سانتريفوژ) و محوري نمونه کاربردي پمپ هاي با جابجايي غير مثبت مي باشد.

 

پمپ سانتريفوژ

 پمپ هاي با جابجايي مثبت : در اين پمپ ها به ازاي هر دور چرخش محور مقدار معيني از سيال  به سمت خروجي فرستاده     مي شود و توانايي غلبه بر فشار خروجي و اصطکاک را دارد . اين پمپ ها مزيت هاي بسياري نسبت به پمپ هاي با جابه جايي غير مثبت دارند مانند مانند ابعاد کوچکتر ، بازده حجمي بالا ، انعطاف پذيري مناسب و توانايي کار در فشار هاي بالا ( حتي بيشتر از psi)

 

پمپ ها با جابه جايي مثبت از نظر ساختمان :

1- پمپ های دنده ای

2 - پمپ های پره ای

3- پمپ های پيستونی

 

پمپ ها با جابه جايي مثبت از نظر ميزان جابه جايي : 

1- پمپ ها با جا به جايي ثابت

 2- پمپ های با جابه جايي متغيير

 

در يک پمپ با جابه جايي ثابت (Fixed Displacement) ميزان سيال پمپ شده به ازاي هر يک دور چرخش محور ثابت است در صورتيکه در پمپ هاي با جابه جايي متغير (Variable  Displacement) مقدار فوق بواسطه تغيير در ارتباط بين اجزاء پمپ قابل کم يا زياد کردن است. به اين پمپ ها ، پمپ ها ي دبي متغير نيز مي گويند.

بايد بدانيم که پمپ ها ايجاد فشار  نمي کنند بلکه توليد جريان مي نمايند. در واقع در يک سيستم هيدروليک فشار بيانگر ميزان مقاومت در مقابل خروجي پمپ است اگر خروجي در فشار يک اتمسفر باشد به هيچ وجه فشار خروجي پمپ بيش از يک اتمسفر نخواهد شد .همچنين اگر خروجي در فشار 100 اتمسفر باشد براي به جريان افتادن سيال فشاري معادل 100 اتمسفر در سيال بوجود مي آيد.

 

   پمپ هاي دنده اي   Gear Pump

اين پمپ ها به دليل طراحي آسان ، هزينه ساخت پايين و جثه کوچک و جمع و جور در صنعت کاربرد زيادي پيدا کرده اند . ولي از معايب اين پمپ ها مي توان به کاهش بازده آنها در اثر فرسايش قطعات به دليل اصطکاک و خوردگي و در نتيجه نشت روغن در قسمت هاي داخلي آن اشاره کرد. اين افت فشار  بيشتر در نواحي بين دنده ها و پوسته و بين دنده ها قابل مشاهده است.

 

پمپ ها ي دنده اي :

1- دنده خارجی External Gear Pumps 

2– دنده داخلی Internal Gear Pumps  

3- گوشواره ای  Lobe Pumps  

4- پيچی  Screw Pumps           

5- ژيروتور Gerotor Pumps        

 

  

  1- دنده خارجي External Gear Pumps

در اين پمپ ها يکي از چرخ دنده ها به محرک متصل بوده و چرخ دنده ديگر هرزگرد مي باشد. با چرخش محور محرک و دور شدن دنده هاي چرخ دنده ها از هم با ايجاد خلاء نسبي روغن به فضاي بين چرخ دنده ها و پوسته کشيده شده و به سمت خروجي رانده مي شود.

لقي بين پوسته و دنده ها در اينگونه پمپ ها حدود ( (0.025 mm مي باشد.

 

پمپ دنده خارجي

افت داخلي جريان به خاطر نشست روغن در فضاي موجود بين پوسته و چرخ دنده است که لغزش پمپ (Volumetric efficiency ) نام دارد.

با توجه به دور هاي بالاي پمپ که تا  rpm 2700 مي رسد پمپاژ بسيار سريع انجام مي شود، اين مقدار در پمپ ها ي دنده اي با جابه جايي متغيير مي تواند از 750 rpm تا 1750 rpm  متغيير باشد. پمپ ها ي دنده اي براي فشارهاي تا (كيلوگرم بر سانتي متر مربع200 )  3000 psi طراحي شده اند که البته اندازه متداول آن 1000 psi  است.

 

  2– دنده داخلي Internal Gear Pumps 

اين پمپ ها بيشتر به منظور روغنکاري و تغذيه در فشار هاي کمتر از 1000 psi  استفاده مي شود ولي در انواع چند مرحله اي دسترسي به محدوده ي فشاري در حدود  4000 psi نيز امکان پذير است. کاهش بازدهي در اثر سايش در پمپ هاي  دنده اي داخلي بيشتر از پمپ هاي دنده اي خارجي است.

 

پمپ دنده داخلي

 

  3- پمپ هاي گوشواره اي  Lobe Pumps  

اين پمپ ها  از خانواده پمپ هاي دنده اي هستند که آرامتر و بي صداتر از ديگر پمپ هاي اين خانواده عمل مي نمايد زيرا هر دو دنده آن داراي محرک خارجي بوده و دنده ها با يکديگر درگير نمي شوند. اما به خاطر داشتن دندانه هاي کمتر خروجي ضربان بيشتري دارد ولي جابه جايي حجمي بيشتري نسبت به ساير پمپ هاي دنده اي خواهد داشت.

 

پمپ گوشواره‌اي

 

  4- پمپ هاي پيچي  Screw Pumps          

پمپ پيچي يک پمپ دنده اي با جابه جايي مثبت و جريان محوري بوده که در اثر درگيري سه پيچ دقيق (سنگ خورده) درون محفظه آب بندي شده جرياني کاملا آرام ، بدون ضربان و با بازده بالا توليد مي کند. دو روتور هرزگرد به عنوان آب بندهاي دوار عمل نموده و باعث رانده شدن سيال در جهت مناسب مي شوند.حرکت آرام بدون صدا و ارتعاش ، قابليت کا با انواع سيال ، حداقل نياز به روغنکاري ، قابليت پمپاژ امولسيون آب ، روغن و عدم ايجاد اغتشاش زياد در خروجي از مزاياي جالب اين پمپ مي باشد.

 

 

  5- پمپ هاي ژيروتور Gerotor Pumps        

عملکرد اين پمپها شبيه پمپ هاي چرخ دنده داخلي است. در اين پمپ ها عضو ژيروتور توسط محرک خارجي به حرکت در مي آيد و موجب چرخيدن روتور چرخ دندهاي درگير با خود مي شود.

در نتيجه اين مکانيزم درگيري ، آب بندي بين نواحي پمپاژ تامين مي گردد. عضو  ژيروتور داراي يک چرخ دندانه کمتر از روتور چرخ دنده داخلي مي باشد.

حجم دندانه کاسته شده ضرب در تعداد چرخ دندانه چرخ دنده محرک ،   حجم سيال پمپ شده به ازاي هر دور چرخش محور را مشخص مي نمايد.

پمپ ژيروتور

 

 پمپ هاي پره اي :

به طور کلي پمپ هاي پره اي به عنوان پمپ هاي فشار متوسط در صنايع مورد استفاده قرار مي گيرند. سرعت آنها معمولا از 1200 rpm تا 1750 rpm بوده و در مواقع خاص تا 2400 rpm  نيز ميرسد. بازده حجمي اين پمپ ها 85% تا 90% است اما بازده کلي آنها به دليل نشت هاي موجود در اطراف روتور پايين است ( حدود 75% تا 80%  ). عمدتا اين پمپها آرام و بي سر و صدا کار مي کنند ، از مزاياي جالب اين پمپ ها اين است که در صورت بروز اشکال در ساختمان پمپ بدون جدا کردن لوله هاي ورودي و خروجي قابل تعمير است.

فضاي بين روتور و رينگ بادامکي در در نيم دور اول چرخش محور ، افزيش يافته و انبساط حجمي حاصله باعث کاهش فشار و ايجاد مکش مي گردد، در نتيجه سيال به طرف مجراي ورودي پمپ جريان مي يابد. در نيم دور دوم  با کم شدن فضاي بين پره ها سيال که در اين فضاها قرار دارد با فشار به سمت خروجي رانده مي شود. همانطور که در شکل مي بينيد جريان بوجود آمده به ميزان خروج از مرکز(فاصله دو مركز) محور نسبت به روتور پمپ بستگي دارد و اگر اين فاصله به صفر برسد ديگر در خروجي جرياني نخواهيم داشت.

پمپ پره‌اي

 

پمپ هاي پره اي که قابليت تنظيم خروج از مرکز را دارند مي توانند دبي هاي حجمي متفاوتي را به سيستم تزريق کنند به اين پمپ ها ، جابه جايي متغيير مي گويند. به خاطر وجود خروج از مرکز محور از روتور(عدم تقارن) بار جانبي وارد بر ياتاقان ها افزايش مي يابد و در فشار هاي بالا ايجاد مشکل مي کند.

براي رفع اين مشکل از پمپ هاي پره اي متقارن (بالانس) استفاده مي کنند. شکل بيضوي پوسته در اين پمپ ها باعث مي شود که مجاري ورودي و خروجي نظير به نظير رو به روي هم قرار گيرند و تعادل هيدروليکي برقرار گردد. با اين ترفند بار جانبي وارد بر ياتاقان ها کاهش يافته اما عدم قابليت تغيير در جابه جايي از معايب اين پمپ ها به شمار مي آيد .( چون خروج از مرکز وجود نخواهد داشت)

پمپ پره‌اي بالانس

 حداکثر فشار قابل دستيابي در پمپ هاي پره اي حدود 3000 psi  است.

 

   پمپ هاي پيستوني

پمپ هاي پيستوني با دارا بودن بيشترين نسبت توان به وزن، از گرانترين پمپ ها هستند و در صورت آب بندي دقيق پيستون ها مي تواند بالا ترين بازدهي را داشته باشند. معمولا جريان در اين پمپ ها بدون ضربان بوده و به دليل عدم وارد آمدن بار جانبي به پيستونها داراي عمر طولاني مي باشند، اما به خاطر ساختار پيچيده تعمير آن مشکل است.

از نظر طراحي پمپ هاي پيستوني به دو دسته شعاعي و محوري تقسيم مي شوند.

 

پمپ هاي پيستوني محوري با محور خميده (Axial piston pumps(bent-axis type)) :

در اين پمپ ها خط مرکزي بلوک سيلندر نسبت به خط مرکزي محور محرک در موقعيت زاويه اي مشخصي قرار دارد ميله پيستون توسط اتصالات کروي (Ball & socket joints)به فلنج محور محرک متصل هستند به طوري که تغيير فاصله بين فلنج محرک و بلوک سيلندر باعث حرکت رفت و برگشت پيستون ها در سيلندر مي شود. يک اتصال يونيورسال ( Universal link) بلوک سيلندر را به محور محرک متصل مي کند.

 

پمپ پيستوني

 

ميزان خروجي پمپ با تغيير زاويه بين دو محور پمپ قابل تغيير است.در زاويه صفر خروجي وجود ندارد و بيشينه خروجي در زاويه 30 درجه بدست خواهد آمد.

پمپ هاي پيستوني محوري با صفحه زاويه گير  (Axial piston pumps(Swash plate)) :

در اين نوع پمپ ها محوربلوک سيلندر و محور محرک در يک راستا قرار مي گيرند و در حين حرکت دوراني به خاطر پيروي از وضعيت صفحه زاويه گير پيستون ها حرکت رفت و برگشتي انجام خواهند داد ، با اين حرکت سيال را از ورودي مکيده و در خروجي پمپ مي کنند. اين پمپ ها را مي توان با خاصيت جابه جايي متغير نيز طراحي نمود . در پمپ هاي با جابه جايي متغيير وضعيت صفحه زاويه گير توسط مکانيزم هاي دستي ، سرو کنترل و يا از طريق سيستم جبران کننده تنظيم مي شود. حداکثر زاويه صفحه زاويه گير حدود 17.5  درجه مي باشد.

پمپ پيستوني

 

پمپ پيستوني

 پمپ هاي پيستوني شعاعي  (Radial piston pumps)

در اين نوع پمپ ها ، پيستون ها در امتداد شعاع قرار ميگيرند.پيستون ها در نتيجه نيروي گريز از مرکز و فشار سيال پشت آنها همواره با سطح رينگ عکس العمل در تماسند.

براي پمپ نمودن سيال رينگ عکس العمل بايد نسبت به محور محرک خروج از مرکز داشته باشد ( مانند شکل ) در ناحيه اي که پيستون ها از محور روتور فاصله دارند خلا نسبي بوجود آمده در نتيجه مکش انجام ميگيرد ، در ادامه دوران روتور، پيستون ها به محور  نزديک شده و سيال موجود در روتور را به خروجي پمپ مي کند. در انواع جابه جايي متغيير اين پمپ ها با تغيير ميزان خروج از مرکز رينگ عکس العمل نسبت به محور محرک مي توان مقدار خروجي سيستم را تغيير داد.

پمپ پيستوني شعاعي

  پمپ هاي پلانچر (Plunger pumps)

پمپ هاي پلانچر يا پمپ هاي پيستوني رفت و برگشتي با ظرفيت بالا در هيدروليک صنعتي کاربرد دارند. ظرفيت برخي از اين پمپ ها به حدود چند صد گالن بر دقيقه مي رسد.

پيستون ها در فضاي بالاي يک محور بادامکي (شامل تعدادي رولر برينگ خارج از مرکز) در آرايش خطي قرار گرفته اند. ورود و خروج سيال به سيلندر ها از طريق سوپاپ ها(شير هاي يک ترفه) انجام مي گيرد.

 پمپ پلانجر

  راندمان پمپ ها (Pump performance):

بازده يک پمپ بطور کلي به ميزان تلرانسها و دقت بکار رفته در ساخت ، وضعيت مکانيکي اجزاء و بالانس فشار بستگي دارد. در مورد پمپ ها سه نوع بازده محاسبه مي شود:

1- بازده حجمي که مشخص کننده ميزان نشتي در پمپ است و از رابطه زير بدست مي آيد

( دبي تئوري كه پمپ بايد توليد كند /ميزان دبی حقيقی پمپ  )=بازده حجمي

 2- بازده مکانيکي که مشخص کننده ميزان اتلاف انرژي در اثر عواملي مانند اصطکاک در ياتاقان ها و اجزاي درگير و همچنين اغتشاش در سيال مي باشد.

= بازده مکانيکي

(قدرت حقيقی داده شده به پمپ /قدرت تئوری مورد نياز جهت کار پمپ )

 3- بازده کلي که مشخص کننده کل اتلاف انرژي در يک پمپ بوده و برابر حاصضرب بازده مکانيکي در بازده حجمي مي باشد.

 رانرمان پمپها

منابع :

هيدروليک صنعتی(شناسايی و کاربرد)2 جلد    ترجمه وتاليف :مهندس احمد رضا مدينه – مهندس حسين دلايلی

هيدروليک و پنوماتيک     تاليف : هری ل.استوارت    ترجمه :تيمور اشتری نخعی

 



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

 

عایق کاری ساختمان




 عایق کاری نقش بسیار مهمی در گرم نگه داشتن ساختمان در فصل زمستان و خنک نگه داشتن آن در فصل تابستان دارد . به کمک عایق کاری می توان یک خانه را در زمستان 5 درجه گرمتر و در تابستان 10 درجه خنک تر نگه داشت .

انواع عایق کاری :

1-     عایق هایی که در ساختار آنها حبابهای هوا وجود دارد و باعث کاهش هدایت حرارت می شوند.

2-     عایق هایی که حرارت را باز می تابند .پشت این عایق ها باید حدود 20 میلی متر فاصله هوایی تعبیه شود .

 عایق ها چگونه ارزیابی می شوند ؟

 فاکتور مهم در انتخاب عایق ها ، میزان مقاومت حرارتی آن هاست .هر قدر n مقاومت بالاتر باشد ، عایق حرارت را کمتر از خود عبور می دهد و صرفه جویی که به همراه دارد افزایش می یابد ، پس به جای ضخامت عایق ها ،باید مقاومت حراتی آن ها با هم مقایسه شوند.

عایق های گوناگون با مقاومتهای حرارتی برابر ، از نظر میزان صرفه جویی در انرژی همانند هستند و تنها اختلاف آنها در قیمت و محل کاربرد است .

 چه جاهایی باید عایق کاری شوند؟

 - سقفها : با عایق کاری سقف مصرف انرژی برای گرمایش و سرمایش ساختمان 35% تا 45% کاهش می یابد .

- دیوار های خارجی : مصرف انرژی برای گرمایش و سرمایش ساختمان را حدود 15% کاهش می دهد.

- کف : مصرف انرژی در زمستان را 5% کاهش می دهد .

- لوله های آبگرم : برای عایق کاری لوله های آبگرم می توان از عایق های پتویی یا عایقهایی که به طور ویژه برای لوله ها ساخته شده و به راحتی قابل نصب هستند استفاده کرد .

سقف و کف ساختمان های موجود را می توان به راحتی عایق نمود .

بر اساس مقررات ملی ساختمان ، تمامی ساختانهایی که ساخته می شوند باید به اندهزه کافی عایق کاری شوند . میزان عایق مورد نیاز در همین مقررات تعیین شده است .

 چند راهنمایی کلی برای نصب عایق ها

عایق ها در صورتی خوب کار خود را نجام می دهند که به طور صحیح نصب شده باشند.موارد زیر به شما کمک می کند تا بهترین کارایی از عایقهایی که نصب می کنید ببینید :

-         هرگز عایق را فشرده نکنید .عایق باید پس از نصب همان ضخامت اولیه خود را داشته باشد در غیر این صورت مقدار مقاومت حرارتی آن کاهش می یابد و نمی توان آن طور که انتظار می رود جلوی انتقال حرارت را بگیرد .

-         عایق کاری را به طور کامل روی تمام سطح انجام دهید . چرا که اگر تنها 5% از سطح خالی بماند ، ممکن است تا 50% از کارایی عایق کاری کاسته شود .

-         مواد عایق را باید خشک نگه داشت ، زیرا به استثنای پلی استایرن که نسبت به آب مقاوم است ،بقیه عایق ها بر اثر رطوبت کارایی آنها پایین می آید . در برخی عایق های آزاد مقدار مقاومت حرارتی متناسب با تراکم عایق است نه ضخامت آن . در این عایق ها ، مقدار مقاومت ممکن است بعد  از مدتی تا 20%  کاهش یابد . از این رو باید بعد از نصب کننده عایق تضمین گرفت .

-         از عایق های آزاد در سقف هایی که شیب زیادی دارند استفاده نکنید.

-         در صورت استفاده از عایق های بازتابنده باید حتما پشت آنها یک لایه هوای ساکن به ضخامت 20 میلی متر وجود داشته باشد.تمام سوراخها و پارگی ها و درزها باید با نوارچسب پوشیده شوند.

-         اطراف کابل های برق و لوازم الکتریکی را هرگز عایق کاری نکنید ،ایمن بودن عایق کاری باید توسط یک فرد متخصص بررسی شود .

-         در فاصله کمتر از 90 میلی متر فنهای خروجی عایق نصب نکنید .

در فاصله کمتر از 25 میلی متر حبابهای لامپ و سرپیچ آنها عایق کاری نکنید .

راهنمای تصاویر

تصویر اول تلفات حرارتی در تابستان

و تصویر  دوم تلفات حرارتی در زمستان

 از سقف (بالا) و دیوارها (راست )و پنجره ها (چپ) و کف (پایین )و نفوذ هوا (راست پایین )

در یک ساختمان را نشان می دهد .




منبع:http://www.maghaleh.net

 



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

 

سوخت هيدروژن

امروزه گاز هيدروژن براي استفاده در موتورهاي احتراقي و وسايل نقليه الكتريكي باتريدار مورد بررسي قرار گرفته است. هيدروژن در دما و فشار طبيعي، يك گاز است و به اين علت، انتقال و ذخيره آن از سوخت هاي مايع ديگر، دشوارتر است. سامانه ‌هايي كه براي ذخيره هيدروژن توسعه يافته‌اند، عبارتند از:

هيدروژن فشرده، هيدروژن مايع و پيوند شيميايي ميان هيدروژن و يك ماده ذخيره (براي مثال، هيدريد فلزات).

با اين كه تاكنون هيچ سامانه حمل و نقل و توزيع مناسبي براي هيدروژن وجود نداشته، اما توانايي توليد اين سوخت از مجموعه متنوعي از منابع و خصوصيت پاك سوز بودن آن، هيدروژن را به سوخت جانشين مناسبي تبديل كرده است.
هيدروژن يکي از ساده‌ترين و سبك‌ترين سوخت هاي گازي است که در فشار اتمسفري و دماي جوي حالت گاز دارد. سوخت هيدروژن همان گاز خالص هيدروژن نيست، بلكه مقدار كمي اكسيژن و ديگر مواد را نيز با خود دارد. منابع توليد سوخت هيدروژن شامل گاز طبيعي ، زغال سنگ ، بنزين و الكل متيليك هستند. فرآيند فتوسنتز در باكتري ها يا جلبك ها و يا شكافتن آب به دو عنصر هيدروژن و اكسيژن به كمك جريان الكتريسيته يا نور مستقيم خورشيد از آب، روش هاي ديگري براي توليد هيدروژن هستند.
در صنعت و آزمايشگاه هاي شيمي، توليد هيدروژن به طور معمول با استفاده از دو روش شدني است:

 1- الكتروليز

 2- توليد گاز مصنوعي از بازسازي بخار يا اكسيداسيون ناقص

 در روش الكتروليز با استفاده از انرژي الكتريكي، مولكول‌هاي آب به هيدروژن و اكسيژن تجزيه مي‌شوند. انرژي الكتريكي را مي‌توان از هر منبع توليد الكتريسيته كه شامل سوخت هاي تجديد پذير نيز مي‌شوند، به دست آورد. وزارت نيروي آمريكا به اين نتيجه رسيده است كه استفاده از روش الكتروليز براي توليد مقادير زياد هيدروژن در آينده مناسب نخواهد بود.
روش ديگر براي توليد گاز مصنوعي، بازسازي بخار گاز طبيعي است. در اين روش، مي‌توان از هيدروكربن‌هاي ديگر نيز به عنوان ذخاير تامين مواد استفاده كرد. براي نمونه، مي‌توان زغال سنگ و ديگر مواد آلي (بيوماس) را به حالت گازي درآورد و آن را در فرآيند بازسازي بخار براي توليد هيدروژن به كار برد. از طرفي چون هيدروکربن هاي فسيلي محدود و رو به اتمام هستند، پس بهتر است ديد خود را به سمت استفاده از منابع تجديد شونده معطوف کنيم.
گاز هيدروژن مي تواند هم از منابع اوليه تجديد پذير و هم از منابع تجديد ناپذير توليد شود. امروزه توليد گاز هيدروژن از منابع تجديد پذير به سرعت مراحل توسعه و رشد خود را مي پيمايد. اين در حالي است که توليد گاز هيدروژن از منابع تجديد ناپذير به ويژه منابع فسيلي به علت محدود بودن اين منابع روز به روز کاهش مي يابد.

گاز هيدروژن در اثر واکنش هاي تخميري ميکروارگانيسم هاي زنده، به ويژه باکتري ها و مخمرها روي بيوماس، توليد ميشود. بيوماس از منابع اوليه تجديد پذير است که از موادي مانند علوفه، ضايعات گياهان و فضولات حيوانات به دست مي آيد. در روند توليد گاز هيدروژن، باکتري هاي بي هوازي با استفاده از پديده تخمير، مواد آلي و آب را به گاز هيدروژن تبديل مي کنند.

براي توليد هيدروژن به وسيله باکتري ها دو نوع تخمير وجود دارد: يک نوع تخمير نوري است که در آن به منبع نور نياز است و نوع ديگر، تخمير در تاريکي است که نيازي به نور ندارد. در اين واکنش ها منابع کربني زيادي استفاده مي شود که همگي از بيوماس تامين مي شوند.

در طبيعت ميکروارگانيسم هاي بي هوازي در غياب اکسيژن و با استفاده از پديده تخمير، گاز هيدروژن توليد مي کنند، ولي مقدار اين گاز از نظر کمي پايين است و از نظر اقتصادي براي مصارف صنعتي و خانگي و ... قابل توجيه نيست؛ از اين رو بايد با استفاده از روش هايي، بازده توليد گاز هيدروژن را افزايش داد. يکي از روش هايي که مي توان بازده توليد گاز هيدروژن را بالا برد، تغييرات ژنتيک در ژنوم اين باکتري ها با استفاده از روش هاي مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي است. روش ديگر، استفاده از ترکيبي از باکتري هاي هوازي و بي هوازي در کنار هم است. در اين روش چون باکتري هاي بي هوازي در فرآيند تخمير توليد اسيد هاي آلي مي کنند، رفته رفته محيط واکنش اسيدي مي شود و PH پايين مي آيد؛ از اين رو توليد هيدروژن کاهش مي يابد. ولي هنگامي که باکتري هاي هوازي در محيط باشند، از اسيد هاي آلي استفاده و آنها از محيط خارج مي کنند؛ در نتيجه راندمان توليد گاز هيدروژن بالا مي رود.

تحقيق و توسعه

وزارت نيروي آمريكا براي توسعه استفاده از هيدروژن دو برنامه اصلي را دنبال مي‌كند که يکي برنامه هيدروژن وزارت نيرو و ديگري شبكه اطلاعاتي تكنولوژي‌هاي هيدروژن است. هيدروژن، سومين انرژي فراوان بر روي سطح زمين است. همان طور كه به صورت ابتدايي در آب و تركيبات آلي يافت مي شود. هيدروژن از هيدروكربن ها يا آب به دست مي آيد و هنگامي كه به عنوان سوخت مصرف مي شود، يا براي توليد الكتريسيته از آن استفاده مي شود و يا با تركيب مجدد با اكسيژن توليد آب مي كند. از اين رو و با توجه به قابليت بالاي توليد انرژي در اين سوخت اخيراً تلاش هاي زيادي براي جانشين کردن اين سوخت صورت مي گيرد.

مسائل ايمني

هيدروژن از ديدگاه ايمني نيز مطمئن و مطلوب است و براي حمل ونقل ، نگهداري و استفاده، خطرناك تر از سوخت هاي رايج ديگر نيست. به هر صورت مسائل ايمني همچنان به عنوان يكي از اساسي‌ترين مقوله ها در استفاده از انرژي هيدروژن باقي مي ماند.استانداردهاي متداول دنيا امنيت استفاده از آن را با سختگيري در طراحي‌ و انجام آزمايش هاي متعدد فراهم مي آورد. همچنين در حوزة نگهداري و حمل آن، استانداردهاي بسياري براي تمام تجهيزات مرتبط تدوين شده است.

اقتصاد هيدروژن

براي هيدروژن به عنوان يك سوخت، سيستم توزيعي مناسبي وجود ندارد. با اين كه معمولاً انتقال از طريق خط لوله با صرفه‌ترين راه انتقال سوخت‌هاي گازي است، اما در حال حاضر سيستم خط لوله مناسبي موجود نيست. انتقال هيدروژن به طور خاص از طريق مخزن و تانكرهاي گاز صورت مي‌گيرد. استفاده از هيدروژن به عنوان سوخت به يك زير ساختار براي حمل ونقل و نگهداري و با توجه به مسائل ايمني و اقتصادي نياز دارد.
ديدگاه ايجاد يك زير ساختار كه هيدروژن را به عنوان منبع انرژي مورد استفاده قرار مي‌دهد، مفهوم اقتصادي بودن اين طرح را پديد آورده كه بهترين راه جهت ايجاد تقاضاي بيشتر براي توليد و مصرف اين انرژي است، زيرا منابع توليد هيدروژن بسيار ارزان و دردسترس هستند. هيدروژن قابليت بالايي براي توليد انرژي دارد و ميزان آلودگي ناشي از مصرف اين سوخت در محيط زيست بسيار کم است. اين سوخت به عنوان منبعي تجديدپذير، پاک و فراوان تر از سوخت فسيلي مي تواند کاربرد زيادي براي نيروگاه ها و بخش حمل و نقل داشته باشد.

 



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

 

گاز طبيعي؛ راهي براي هوايی پاك : خودروهاي گازسوز




گاز طبيعي؛ راهي براي هوايی پاك : خودروهاي گازسوز
يكي از مشكلات موجود در كشور، مصرف زياد سوخت‌هاي بنزين و گازوئيل است كه علاوه بر آلوده كردن هواي شهرها، سالانه هزينه‌هاي ارزي بسياري بر اقتصاد كشور تحميل مي‌كند. در صورتيكه خودروها با همين كيفيت ساخته شوند و هيچ‌گونه بهينه‌سازي در موتورها و در مصرف سوخت صورت نگيرد تا چند سال آينده تعداد خودروها به چند برابر افزايش خواهد يافت.
در ابتدا در گاز سوز كردن خودروها از گاز مايع به عنوان سوخت خودروها استفاده مي‌شد كه اين سوخت به خاطر آلايندگي زيست محيطي و همچنين هزينه حمل‌ونقل آن از بنادر به نقاط مصرف شرايطي همانند بنزين داشت بنابراين اجراي آن متوقف شد. اما در حال حاضر از گاز طبيعي براي سوخت خودروها استفاده مي‌كنند كه استفاده از آن داراي مزايايي است از عمده‌ترين مزاياي آن پايين‌تر بودن قيمت گاز طبيعي نسبت به بنزين است و آلودگي زيست محيطي ايجاد نمي‌كند.
ذخاير عظيم گاز طبيعي در ايران، ارزان بودن آن نسبت به سوخت هاي مايع، شبكه گسترده گازرساني در كشور و مصرف بسيار بالاي سوخت هاي معمول، انتخاب اين سوخت را به عنوان سوخت جايگزين از لحاظ اقتصادي توجيه پذير مي سازد. كاهش هزينه هاي درمان و مرگ و مير ناشي از كاهش آلاينده ها درصورت استفاده از گاز طبيعي در خودروها را كه بالغ بر ميليون ها دلار مي گردد را نبايد فراموش كرد.
كاهش آلاينده هاي محيط زيست به خصوص در شهرهاي بزرگ يكي ديگر از اثرات استفاده از سوخت گاز طبيعي مي باشد كه نبايد ازنظر دور داشت. از آنجايي كه درصد بسيار بالايي از گاز طبيعي را متان تشكيل مي دهد، هيدروكربن هاي نسوخته در موتورهاي گاز طبيعي سوز نيز عمدتا متان مي باشند كه گازي بي اثر بوده و ميل به واكنش دهي بسيار پايين آن باعث كاهش واكنش هايي مي گردد كه منجر به توليد مه دود فتو شيميايي (smog) در محيط مي شود. نسبت كربن به هيدروژن (C/H) در متان از هر هيدروكربن ديگري پايين تر است كه موجب كاهش انتشار منواكسيدكربنCO) ۵۰ تا ۷۰ درصد) گرديده و نشر دي اكسيد كربن (CO۲) را به ميزان حدود ۲۵ درصد موتور گازسوز نسبت به موتور پايه بنزيني در يك بازده يكسان موتور پايين مي آورد. لذا كاهش انتشار اين گاز گلخانه اي، در روند نزولي پديده گرم شدن زمين مي تواند موثر واقع شود. قابليت كاهش اكسيدهاي نيتروژن (NOx) بسته به طراحي موتور و مبدل شيميايي كاتاليستي به كار رفته نسبت به مشابه بنزيني آن ۲۰ تا ۵۰ درصد است
سابقه استفاده از گاز طبيعي به عنوان سوخت خودرو به سال هاي اوليه دهه ۱۹۳۰ در ايتاليا برمي گردد. بحران هاي نفتي، تلاش براي امنيت انرژي، ارزاني گاز طبيعي در مقايسه با سوخت هاي فسيلي مايع، بحران آلودگي هواي شهرهاي بزرگ و عوامل متعدد ديگر مهمترين دلايل روي آوردن به اين سوخت از سوي برخي ازكشورهابه عنوان رايج ترين سوخت جايگزين در خودروها بوده است
هم اكنون نزديك به چهار ميليون و هفتصد هزار خودروي گاز طبيعي سوز (CNG) در سراسر جهان تردد مي كنند كه آرژانتين با ۵/۱ ميليون، برزيل با يك ميليون، پاكستان با ۷۰۰ هزار و ايتاليا با ۳۸۲ هزار خودروي گازسوز داراي بالاترين آمار خودروهاي گازسوز درحال تردد در جهان مي باشند.
در ايران نيز سابقه استفاده از گاز طبيعي فشرده در خودروها به سال ۱۳۵۴ برمي گردد كه با تبديل ۱۲۰۰ دستگاه تاكسي در شيراز آغاز و در سال ۱۳۶۲ با تبديل ۱۲۰۰ دستگاه ديگر تاكسي در مشهد ادامه يافت. در همان سال ها در شهرهاي مزبور جايگاه هايي نيز براي عرضه گاز طبيعي احداث گرديد.
با تاسيس سازمان بهينه‌سازي مصرف سوخت كشور در سال ۱۳۷۹ در مجموعه وزارت نفت، مطالعات مقدماتي طرح گازسوزنمودن خودروها در اين سازمان انجام و به منظور دستيابي به كاهش مصرف بنزين و كاهش آلاينده هاي هوا، طرح مزبور با انعقاد قراردادهايي با خودروسازان و بخش خصوصي براي توليد و تبديل خودروهاي گازسوز از يك طرف و هم چنين ايجاد زيرساخت هاي لازم و احداث جايگاه هاي CNG از طرف ديگر، وارد مرحله اجرايي گرديد.

خودروهاي گازسوز با ايمني بالا
برخلاف تصور عمومي خودروهاي گاز طبيعي سوز (CNG) داراي ايمني بالايي مي باشند. به سبب مشخصه هاي ذاتي گاز طبيعي نظير سبك بودن آن نسبت به هوا، دماي بالاتر خوداشتعالي گاز طبيعي نسبت به بنزين، امكان اشتعال گاز طبيعي درصورت وجود نشتي هاي احتمالي در خودروهاي گازسوز را كاهش مي دهد.
مخازن گاز طبيعي فشرده بدون هيچ گونه فرآيند جوشكاري از لوله هاي بدون درز و با روش هاي پيشرفته صنعتي ساخته مي شوند. اين مخازن داراي استانداردهاي سختگيرانه اي بوده و آزمون هاي متعددي نظير آزمون آتش، آزمون گلوله، پرتاب از ارتفاع، خستگي و... را مي گذرانند و براي استفاده در دوره عمر مخزن كه معمولا ۲۰ سال است، ايمني كامل را دارا مي باشند.
مخازن در طول عمر خود بنا به توصيه هاي استانداردي و رويه هاي موجود به طور مرتب و در دوره هاي منظم مورد بازرسي و كنترل قرار مي گيرند تا درصورت وجود هرگونه آسيب احتمالي راهكار مناسب جهت رفع عيب يا تعويض آنها اتخاذ گردد. تجربه استفاده از گاز طبيعي فشرده در خودروها در دنيا كه نزديك به ۸۰ سال مي رسد، شاهد اين مدعاست كه استفاده صحيح و رعايت الزامات استانداردي در نصب و نگهداري اين سيستم ها، موجب عدم بروز هر حادثه اي مي گردد. موارد ايجاد حادثه انفجار و آتش سوزي در اين خودروها گزارش نشده است مگر در موارد معدودي كه با دستكاري سيستم از سوي مالكان اين گونه خودروها همراه بوده است. اين موضوع به نوبه خود حاكي از ايمني بالاتر خودروهاي گازسوز نسبت به خودروهاي بنزين سوز و LPG سوز مي باشد. تعبيه شيرهاي مجهز به سيستم ايمني دمايي و فشاري روي مخازن CNG اين امكان را فراهم مي آورد تا حتي درصورت قرار گيري مخزن در آتش و ايجاد فشارهاي غيرمعمول داخل مخزن، موجب تخليه گاز و جلوگيري از هرگونه انفجاري گردد. قطعات كيت CNG نيز استانداردهاي بسيار سختگيرانه اي را گذرانده و گواهي ايمني دريافت مي كنند.
همچنين خودروهايي كه در كارخانجات خودروسازي به صورت گازسوز توليد مي شوند نيز جهت اخذ مجوزهاي توليد انبوه ملزم به رعايت كلي هاستانداردهاي مرتبط هستند. الزامات ايمني نصب مخزن و سيستم گاز، ايمني در تصادفات، ايمني در آتش سوزي، عدم نشتي، اصلاح و تغيير برخي مشخصه هاي خودرو كه تحت تاثير وزن افزوده مخزن قرار مي گيرند ازجمله مواردي است كه در اين خودروها رعايت مي گردد.
در كارگاه هاي تبديل نيز ابتدا نمونه اي از هر نوع خودرو تبديل و گواهينامه ايمني اخذ مي شود سپس براي تبديل ساير خودروها اقدام مي گردد.
رعايت الزامات نصب مخزن و كيت گاز روي خودرو توسط تكنسين هاي تبديل آموزش ديده در كارگاه هاي تبديل، بازرسي منظم از كارگاه ها و بازرسي دوره اي مخزن و سيستم گاز خودرو باعث مي گردد كه ايمني خودروهاي CNG تضمين گردد.
اشغال فضاي مفيد صندوق عقب ناشي از نصب مخازن گاز و كاهش توان در موتورهاي پايه بنزيني گازسوز مي شوند، ممكن است در بعضي موارد باعث نارضايتي مالكان خودروهاي گازسوز گردد، ولي مي توان گفت معايب مزبور براي دوره گذار بوده و با توسعه و اصلاح سيستم هاي متاثر اين معايب قابل رفع مي باشند.
جانمايي مخزن در داخل شاسي و بدنه خودرو، اصلاحات در سيستم تعليق و ترمز و طراحي موتورهاي پايه گازسوز كه فقط در شرايط اضطراري با بنزين كار مي كنند باعث خواهد شد كه خودروي گازسوز يك خودروي كاملا مطلوب درنظر استفاده كنندگان تلقي گردد.



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390
نظريه جنبشي گازها


قوانين مكانيك را مي‌توان بطور آماري در دو سطح مختلف به مجموعه‌اي از اتمها اعمال كرد در سطحي كه نظريه جنبشي گازها ناميده مي‌شود. به طريقي كم و بيش فيزيكي و با استفاده از روشهاي نسبتا ساده ميانگين گيري رياضي ، عمل مي‌كنيم. براي فهم نظريه جنبشي گاز را در فشار ، دما ، گرماي ويژه و انرژي داخلي اين روش را كه در سطح بكار برده مي‌شود.


نگاه اجمالي
در ترموديناميك فقط با متغيرهاي ماكروسكوپيك ، مانند فشار و دما و حجم سر و كار داريم. قوانين اصلي ترموديناميك‌ها بر حسب چنين كميتهايي بيان مي‌شوند. ابدا درباره اين امر كه ماده از اتمها ساخته شده است صحبتي نمي‌كنند. ليكن مكانيك آماري ، كه با همان حيطه‌اي از علم سر و كار دارد كه ترموديناميك از آن بحث مي‌كند و وجود اتمها را از پيش مفروض مي‌داند. قوانين اصلي مكانيك آماري حامي قوانين مكانيك‌اند كه در حدود اتمهاي تشكيل دهنده سيسنم بكار مي‌روند.

تاريخچه
نظريه جنبشي توسط رابرت بويل (Rabert Boyle) (1627 – 1691) ، دانيل بونولي (1700 – 1782) ، جيمز ژول (1818 – 1889) ، كرونيگ (1822 – 1874) ، رودولف كلاوسيوس (1822 – 1888) و كلرك ماكسول ( 1831 – 1879 ) و عده‌اي ديگر تكوين يافته است. در اينجا نظريه جنبشي را فقط در مورد گازها بكار مي‌بريم، زيرا برهم كنش‌هاي بين اتمها ، در گازها به مراتب متغيرترند تا در مايعات. و اين امر مشكلات رياضي را خيلي آسانتر مي‌كند.

در سطح ديگر مي‌توان قوانين مكانيك را بطور آماري و با استفاده از روشهايي كه صوري‌تر و انتزاعي‌تر از روشهاي نظريه جنبشي هستند بكار برد. اين رهيافت كه توسط جي ويلارد گيبس (J.willard Gibbs) و لودويگ بولتز ماني (Ludwig Boltz manni) (1844 – 1906) و ديگران تكامل يافته است، مكانيك آماري ناميده مي‌شود، كه نظريه جنبشي را به عنوان يكي از شاخه‌هاي فرعي در بر مي‌گيرد. با استفاده از اين روشها مي‌توان قوانين ترموديناميك را به دست آورد. بدين ترتيب معلوم مي‌شود كه ترموديناميك شاخه‌اي از علم مكانيك است.

محاسبه فشار بر پايه نظريه جنبشي
فشار يك گاز ايده‌آل را با استفاده از نظريه جنبشي محاسبه مي‌كنند. براي ساده كردن مطلب ، گازي را در يك ظرف مكعب شكل با ديواره‌هاي كاملا كشسان در نظر مي‌گيريم. فرض مي‌كنيم طول هر ضلع مكعب L باشد. سطحهاي عمود بر محور X را كه مساحت هر كدام e2 است. A1 و A2 مي‌ناميم. مولكولي را در نظر مي‌گيريم كه داراي سرعت V باشد. سرعت V را مي‌توان در راستاي يالهاي مولفه‌هاي Vx و Vy و Vz تجزيه كرد. اگر اين ذره با A1 برخورد كند در بازگشت مولفه X سرعت آن معكوس مي شود. اين برخورد اثري رو ي مولفه Vy و يا Vy ندارد در نتيجه متغير اندازه حركت عبارت خواهد بود :

(m Vx - m Vx) = 2 m Vx - )= اندازه حركت اوليه – اندازه حركت نهايي

كه بر A1 عمود است. بنابراين اندازه حركتي e به A1 داده مي‌شود برابر با m Vx2 خواهد بود زيرا اندازه حركت كل پايسته است.

زمان لازم براي طي كردن مكعب برابر خواهد بود با Vx/L. در A2 دوباره مولفه y سرعت معكوس مي‌شود و ذره به طرف A1 باز مي‌گردد. با اين فرض كه در اين ميان برخوردي صورت نمي‌گيرد مدت رفت و برگشت برابر با 2 e Vx خواهد بود. به طوري كه آهنگ انتقال اندازه حركت از ذره به A1 عبارت است: mVx2/e = Vx/2e . 2 mVx ، براي به دست آوردن نيروي كل وارد بر سطح A1 ، يعني آهنگ انتقال اندازه حركتي از طرف تمام مولكولهاي گاز به A1 داده مي‌شود.

(P = M/e(Vx12 + Vx22 + Vx32


P = 1/2eV2


تعبير دما از ديدگاه نظريه جنبشي
با توجه به فرمول RT 2/3 = 1/2 MV2 يعني انرژي كل انتقال هر مول از مولكولهاي يك گاز ايده‌آل ، با دما متناسب است. مي‌توان گفت كه اين نتيجه با توجه به معادله بالا براي جور در آمدن نظريه جنبشي با معادله حالت يك گاز ايده‌آل لازم است. و يا اينكه مي‌توان معادله بالا را به عنوان تعريفي از دما بر پايه نظريه جنبشي يا بر مبناي ميكروسكوبيك در نظر گرفت. هر دو مورد بينشي از مفهوم دماي گاز به ما مي‌دهد. دماي يك گاز مربوط است به انرژي جنبشي انتقال كل نسبت به مركز جرم گاز اندازه گيري مي‌شود. انرژي جنبشي مربوط به حركت مركز جرم گاز ربطي به دماي گاز ندارد.

حركت كاتوره‌اي را به عنوان بخشي از تعريف آماري يك گاز ايده‌آل در نظر گرفت. V2 را بر اين اساس مي‌توان محاسبه كرد. در يك توزيع كاتوره‌اي سرعتهاي مولكولي ، مركز جرم در حال سكون خواهد بود. بنابراين ما بايد چارچوب مرجعي را بكار ببريم كه در آن مركز جرم گاز در حال سكون باشد. در چارچوبهاي ديگر ، سرعت هر يك از مولكولها به اندازه U (سرعت مركز جرم در آن چارچوب) از سرعت آنها در چارچوب مركز جرم بيشتر است. در اينصورت حركتها ديگر كتره‌اي نخواهد بود و براي V2 مقادير متفاوتي بدست مي‌آيد. پس دماي گاز داخل يك ظرف در يك قطار متحرك افزايش مي‌يابد. مي‌دانيم كه M V2 1/2 ميانگين انرژي جنبشي انتقالي هر مولكول است. اين كميت در يك دماي معين كه در اين مورد صفر درجه سلسيوس است، براي همه گازها مقدار تقريبا يكساني دارد. پس نتيجه مي‌گيريم كه در دماي T ، نسبت جذر ميانگين مربعي سرعتهاي مولكولهاي دو گاز مختلف مساوي است با ريشه دماي عكس نسبت به مربعهاي آنها.



T=2/3k m1 V12/2= 2/3k m2 V22/2


مسافت آزاد ميانگين
در فاصله برخوردهاي پي‌درپي ، هر مولكول از گاز با سرعت ثابتي در طول يك خط راست حركت مي‌كند. فاصله متوسط بين اين برخوردهاي پي‌درپي را مسافت آزاد ميانگين مي‌نامند. اگر مولكولها به شكل نقطه بودند، اصلا با هم برخورد نمي‌كردند. و مسافت آزاد ميانگين بينهايت مي‌شد. اما مولكولها نقطه‌اي نيستند و بدين جهت برخوردهايي روي مي‌دهد. اگر تعداد مولكولها آنقدر زياد بود كه مي‌توانستند فضايي را كه در اختيار دارند كاملا پر كنند و ديگر جايي براي حركت انتقالي آنها باقي نمي‌ماند. آن وقت مسافت آزاد ميانگين صفر مي‌شد. بنابراين مسافت آزاد ميانگين بستگي دارد به اندازه مولكولها و تعداد واحد آنها در واحد حجم. و به قطر d و مولكولهاي گاز به صورت كروي هستند در اين صورت مقطع براي برخورد برابر با лd2 خواهد بود.

مولكولي با قطر 2d را در نظر مي‌گيريم كه با سرعت V در داخل گازي از ذرات نقطه‌اي هم ارز حركت مي‌كند. اين مولكول در مدت t استوانه‌اي با سطح مقطع лd2 و طول Vt را مي‌روبد. اگر nv تعداد مولكولها در واحد حجم باشد استوانه شامل (лd2 Vt ) nv ذره خواهد بود. مسافت آزاد ميانگين ، L ، فاصله متوسط بين دو برخورد پي‌درپي است بنابراين ، L ، عبارت است از كل مسافتي كه مولكول در مدت t مي‌پيمايد. (Vt) تقسيم بر تعداد برخوردهايي كه در اين مدت انجام مي‌دهد. يعني

I = Vt/πd2nv =1/√2πnd2


I=1/√2πnd2

اين ميانگين بر مبناي تصويري است كه در آن يك مولكول با هدفهاي ساكن برخورد مي‌كند. در واقع ، برخوردهاي مولكول با هدف دماي متحرك انجام مي‌گيرد در نتيجه تعداد برخورد دما از اين مقدار بيشتر است.

توزيع سرعتهاي مولكولي
با توجه به سرعت جذر ميانگين مربعي مولكولهاي گاز ، اما گستره سرعتهاي تك‌تك مولكولها بسيار وسيع است. بطوري كه براي هر گازي منحني‌‌اي از سرعتها مولكولي وجود دارد كه به دما وابسته است. اگر سرعتهاي تمام مولكولهاي يك گاز يكسان باشند اين وضعيت نمي‌تواند مدت زياد دوام بياورد. زيرا سرعتهاي مولكولي به علت برخوردها تغيير خواهند كرد. با وجود اين انتظار نداريم كه سرعت تعداد زيادي از مولكولها بسيار كمتر از V‌rms (يعني نزديك صفر) يا بسيار بيشتر از Vrms ، زيرا وجود چنين سرعتهايي مستلزم آن است كه يك رشته برخوردهايي نامحتمل و موجي صورت بگيرد. مسئله محتملترين توزيع سرعتها در مورد تعداد زيادي از مولكولهاي يك گاز را ابتدا كلوك ماكسول حل كرد. قانوني كه او ارائه كرد در مورد نمونه‌اي از گاز كه N مولكول را شامل مي‌شد چنين است :

N(V)=4πN(m/2πKt)3/2V2e-mv2/2kt

در اين معادله N(V)dV تعداد مولكولهايي است كه سرعت بين V و V+3v است، T دماي مطلق ، K ثابت بولتزمن ، m جرم هر مولكول است. تعداد كل مولكولهاي گاز (N) را ، با جمع كردن (يعني انتگرال‌گيري) تعداد موجود در هر بازه ديفرانسيلي سرعت از صفر تا بينهايت به دست مي‌آيد. واحد (N(V مي‌تواند مثلا مولكول برا سانتيمتر بر ثانيه باشد.

N =∫∞0N(V)dv


توزيع سرعتهاي مولكولي در مايعات
توزيع سرعتهاي مولكولي در مايعات شبيه گاز است. اما بعضي از مولكولهاي مايع (آنهايي كه سريعترند) مي‌توانند در دماهايي كاملا پايينتر از نقطه جوش عادي از سطح مايع بگريزند. (يعني تبخير شوند). فقط اين مولكولها هستند كه مي‌توانند بر جاذبه مولكولهاي سطح فائق آيند. و در اثر تبخير فرار كنند. بنابراين انرژي جنبشي ميانگين مولكولهاي باقيمانده نيز كاهش مي‌يابد در نتيجه دماي مايع پايين مي‌آيد. اين امر روشن مي‌كند كه چرا تبخير فرايند سرمايشي است.

مثال واقعي در مورد توزيع سرعتهاي مولكولي
با توجه به فرمول N(V)= Σ410N(M/2πkT)3/2 توزيع سرعتهاي مولكولي هم به جرم مولكول و هم به دما بستگي دارد هرچه جرم كمتر باشد نسبت مولكولهاي سريع در يك دماي معين بيشتر است. بنابراين احتمال اينكه هيدروژن در ارتفاعات زياد از جو فرار كند بيشتر است، تا اكسيژن و ازت. كره ماه داراي جو رقيقي است. براي آنكه مولكولهاي اين جو احتمال زيادي براي فرار از كشش گرانشي ضعيف ماه ، حتي در دماهاي پايين آنجا نداشته باشند، انتظار مي‌رود كه اين مولكولها يا اتمها متعلق به عناصر سنگينتر باشند. طبق شواهدي ، در اين جو گازهاي بي اثر سنگين مانند كريپتون و گزنون وجود دارند كه براثر واپاشي پرتوزا در تاريخ گذشته ماه توليد شده‌اند. فشار جو ماه در حدود 10 برابر فشار جو زمين است.

توزيع ماكسولي
ماكسول قانون توزيع سرعتهاي مولكولي را در سال 1859 ميلادي به دست آورد. در آن زمان بررسي اين قانون به كمك اندازه گيري مستقيم ممكن نبود و در حقيقت تا سال 1920 كه اولين كوشش جدي در اين راه توسط اشترن (Stern) به عمل آمد، هيچ اقدامي صورت نگرفته بود. افراد مختلفي تكنيكهاي اين كار را به سرعت بهبود بخشيدند. تا اينكه در سال 1955 يك بررسي تجربي بسيار دقيق در تائيد اين قانون (در مورد مولكولهاي گاز توسط ميلر (Miller) و كاش (Kusch) از دانشگاه كلمبيا صورت گرفت.

اسبابي كه اين دو نفر بكار بردند در مجموعه‌‌اي از آزمايشها مقداري تاليوم در كوره قرار مي‌دادند و ديواره‌هاي كوره O را تا دماي يكنواخت 80±4K گرم كردند. در اين دما تاليوم بخار مي‌شود و با فشار 3.2x10-3 ميليمتر جيوه ، كوره را پر مي‌كند. بعضي از مولكولهاي بخار تاليوم از شكاف s به فضاي كاملا تخليه شده خارج كوره فرار مي‌كند و روي استوانه چرخان R مي‌افتند در اين صورت استوانه كه طولش L است تعدادي شيار به صورت مورب تعبيه شده كه فقط يكي از آنها را مي‌توان ديد. به ازاي يك سرعت زاويه‌اي معين استوانه (W) فقط مولكولهايي كه داراي سرعت كاملا مشخص V هستند مي‌توانند بدون برخورد با ديواره‌ها از شيارها عبور كنند. سرعت V را مي‌توان از رابطه زير بدست آورد:

V=LW/q و L/V= φ/W = زمان عبور مولكول از شيار

 φ : تغيير مكان زاويه‌اي بين ورودي و خروجي يك شيار مورب است. استوانه چرخان يك سرعت گزين است، سرعت انتخاب شده با سرعت زاويه‌اي (قابل كنترل) W متناسب است.

نقص توزيع سرعت ماكسولي با نظريه جنبشي
اگرچه توزيع ماكسولي سرعت براي گازها در شرايط عادي سازگاري بسيار خوبي با مشاهدات دارد. ولي در چگاليهاي بالا ، كه فرضهاي اساسي نظريه جنبشي كلاسيك صادق نيستند. اين سازگاري نيز به هم مي‌خورد. در اين شرايط بايد از توزيعهاي سرعت مبتني بر اصول مكانيك كوانتومي ، يعني توزيع فرمي - ديراك (Fermi Dirac) بوز – انيشتين (Bose Einstein) استفاده كرد. اين توزيعهاي كوانتمي در ناحيه كلاسيك ( چگالي كم ) با توزيع ماكسولي توافق نزديك دارند و در جايي كه توزيع كلاسيك با شكست مواجه مي‌شود با نتايج تجربي سازگارند. بنابراين در كاربرد توزيع ماكسولي محدوديتهايي وجود دارد. همانگونه كه در واقع براي هر نظريه‌اي چنين است.
.

منبع: http://www.cloudysky.ir/data/data0121.php

هوپا

http://www.maghaleh.net



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

 

موشكها و اجزاي اصلي آنها

 

امروزه تعداد متنوعی از موشکها موجود است و اغلب آنها اختلاف عمده‌ای باهم دارند. با این وصف ، موشکها در قسمتهای اصلی تشکیل دهنده شبیه به هم هستند. هر موشک از چهار قسمت اصلی به نام سازه (AIRFAME) ، سیستم هدایت موشک (GUIDANCE SYSTEM) ، کلاهک یا سرجنگی (WarHead) ، بخش پیشران Prou plision unit) یا موتور که نیروی لازم را برای هدایت موشک به جلو و سمت هدف تامین می‌نماید، تشکیل شده است.


اجزای اصلی موشک
بدنه موشک
قطعات بدنه موشک شامل اسکلت که الحاق کننده یا محافظ و نگهدارنده سایر قسمتهای موشک می‌باشد و در واقع اتصال قسمتهای مختلف موشک و استواری آن در حین پرواز در هوا به این قسمت متکی است. شاسی ، خود از بخشهای دیگر به نام بدنه اصلی موشک (Missils Main Body) با بالها و بالچه‌ها تشکیل شده است. سیستم هدایت ، موشک را به سوی هدف یا محوطه آن سوق می‌دهد.

وقتی موشک به شعاع مشخصی از هدف رسید، سرجنگی که قسمت از موشک و حاوی مقدار مشخصی از مواد منفجره می‌باشد ، منفجر و باعث انهدام و صدمه زدن به هدف می‌شود. بدنه اصلی موشک معمولا به شکل لوله از جنس محکم و از فلز سبک مانند آلومینیوم با دیگر فلز است که در مقابل درجه حرارت زیاد و فشارهای بالا (که در حین پرواز در هوا به موشک وارد می‌شود.) مقاوم باشد، ساخته می‌شود.

بالهای موشک (Wings)
بالها در اطراف و بیرون بدنه اصلی قرار گرفته‌اند و نیروی اصلی جهت پرواز در هواست تامین می‌نماید. لبه جلویی بالها به لبه مقاوم ، لبه عقبی آن به لبه فرار (Trailing EDGE) و بالای آن تیپ (TIP) گفته می‌شود.

بالکهای موشک (FINS)
بالکها کوچکتر از بالها بوده و بطور معمول در قسمت عقب موشک قرار می‌گیرند، ولی در بعضی از موشکها در قسمت جلو بدنه طراحی شده است. هدف از به کارگیری بالک ، متعادل نگهداشتن موشک و تامین پدیداری آن (انطباق محور موشک با زاویه حرکت) ، در مسیر پرواز می‌باشد به همین علت به بالکها ، تثبیت کننده نیز اطلاق می‌شود.

سیستم هدایت و کنترل موشک (Guidance and control system)
سیستم هدایت یکی از بخشهای عمده موشک است و کار هدایت موشک از محل روانه‌ سازی و پرتاب تا بخشی از مسیر و یا هدف را به عهده دارد. بعضی از موشکها از هدایتهای مختلفی ، در قسمتهای مسیر استفاده می‌کنند. سیستمهای هدایت جهت انجام وظایف مربوط ، دارای قسمتهای زیر می‌باشد

هدایت حساسه
این قسمت به انواع مختلف انرژی نظیر حرارت ، روشنایی ، امواج الکترومغناطیسی ، صدا و یا حرکت مکانیکی را تشخیص می‌دهند. این وسایل (حساسه‌ها) انرژی دریافتی را تجزیه و تحلیل کرده و به شکلی بکارگیری در می‌آورند و آنها را به قسمتهای مربوطه نظیر شتاب ‌سنجها به کامپیوتر ارجاع می‌دهند.

کامپیوتر
اطلاعات را از حساسه‌ها دریافت و آنها را پردازش می‌نمایند. خروجی به نحوی است که قابل دریافت و واکنش مناسب بوسیله قسمتهای کنترل باشد. این قسمت در واقع مغز موشک تلقی می‌شود. زیرا اطلاعات لازم برای قسمتهای داخلی و سطوح کنترل از این بخش صادر می‌شود.

کلاهک یا سرجنگی
سرجنگی که به آن کلاهک جنگی گفته می‌شود، از مهمترین بخشهای موشک بوده و هدف از طراحی موشک یا راکت ، (به عنوان تسلیحات نظامی) در واقع رساندن این قسمت به هدف و یا نزدیک آن است که با انجام عمل هدف آسیب یا منهدم می‌شود. اغلب محل قرار گرفتن این بخش جلو مورد نظر است. در صورتی که وقتی بحث کلاهک جنگی در اینگونه سلاحها باشد، محلی غیر از دماغه موشک مورد نظر است.

این بخش در موشک‌ها اکتشافی یا عملی شامل تجهیزاتی است که برای مثال به منظور جمع‌آوری اطلاعات جوی ، عکسبرداری جمع‌آوری اطلاعات علمی و سرانجام عملیاتی نظیر قرار دادن ماهواره در مدار زمین می‌باشد که به علت اهمیت این بخش شاخه علمی به نام «بالستیک انتهایی» بوجود آمده و موضع آن طراحی سرجنگی‌های مختلفی با توجه به اهداف متفاوت است.

انواع سرجنگی متعارف
سرجنگی انفجاری
سرجنگی متلاشی یا ترکشی
سرجنگی با خرج شکل‌دار
پیشران (موتور)
موتور یکی از بخشهای عمده موشک است که نسبت به سایر قسمت‌ها هزینه و دقت زیادی صرف تکمیل آن شده است. کار این قسمت ایجاد نیروی محرکه لازم (برای اینکه موشک مسافت مشخصی را طی نماید) می‌باشد. انواع موتور موشکها با توجه به سوخت و مکانیزم طراحی و ساختشان به قسمتهای مختلف تقسیم می‌شود.

تعداد زیادی از موتورهای موشک برای تولید نیرو اکسیژن مصرف می‌کنند این اکسیژن ممکن است مستقیما از اتمسفر که پرواز می‌کنند دریافت کنند و یا از اکسیژن تحت فشار که با خود حمل می‌کنند و یا از اکسیژن مواد سوختی (سوخت جامد)

دریافت می‌کنند. این عامل سبب می‌شود که موشکها در خارج از جو نیز حرکت کنند.



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

 

موتورهای جت

با توجه به پیشرفت و فناوری، صنعت حمل و نقل و مسافربری نیز در چندین دهه گذشته دچار تحولات شگرفی از جمله اختراع قطارهای سریع السیر، کشتی های مسافربری چندین طبقه همراه با امکانات فراوان و خاص هواپیما های مسافربری غول پیکر وهواپیماهایی با موتور ما فوق صوت که در یک دوره زمانی، از آنها به عنوان مسافر استفاده شده می توان بنام برد. ولی موتورهای جت چه هستند و چگونه کار می کنند یک موتور جت، بوسیله تخلیه سریع سیال ها برای ایجاد انرژی استفاده می کند، مطابق با قانون سوم حرکت نیوتن، این تعریف شامل موتورهای "توربو جت""توربو فن""راکترها""رم جت ها"و "جت های آبی"می شود. ولی به طور عادی و عامیانه کله جت برای "توربین های گازی"استفاده می شود که برای بوجود آوردن جریان سریعی از گازهای خروجی با سرعت بالا استفاده می شدند.تاریخچه ساخت موتور جت به صده اول بعد از میلاد مسیح بر می گردد وقتی که قهرمان اسکندریه، دستگاهی به نام Aeolipile را اختراع کرد. این دستگاه بوسیله دو لوله، بخار را با فشار به طریق یک شی کروی هدایت کرده و بخار بعث چرخیدن این شی کروی به دور محورش می گشت!نیروی محرکه جت ها درست در زمان اختراع راکت در قرن ۱۱ میلادی به وسیله چینی ها شناخته شد. خروجی راکت ها برای آتش بازی در آن زمان استفاده می شد، ولی به تدریج وارد ارتش شده و به عنوان سلاح از آن استفاده شد.ولی مشکلی که در مورد راکت ها وجود داشت، ناکامی بودن آنها برای صنایع هوایی بودو به جای آن موتورخای پیستونی از ۱۹۳۰ ، با انواع و اقسام مختلفشان تنها نوع از نیروی محرکه ای بود که برای طراحان هواپیما باقی مانده بود. ولی به تدریج مهندسان به یک حقیقت تلخ پی بردند و آن هم محدودیت موتورهای پیستونی بود و همین باعث ایجاد انگیزه برای استفاده از پرها و تورین ها شد و در این زمان بود که دانشمندان به فکر اختراع موتور مولد نیروی محرکه کاملا جدید یا بهبود عملکرد موتورهای پیستونی افتادند که در افزایش بازدهی موتورهای پیستونی را محدود دیده و در نهایت تلاشهایشان به اختراع موتورهای توربین گازی که اصطلاحاً موتور جت نامیده می شوند منجر شد که این اختراع مطمئنا ارزش کمتری از اولین پرواز برداران رایت نداشت.در ۱۹۲۹ یک کار آموز به نام Frank Whittle ایده هایی برای تولید توربو جت به مافوق خود ارائه کرد و او در سال ۱۹۳۰ به طور رسمی مخترع این وسیله شناخته شدا. این دستگاه شامل یک کمپرسور گریز از مرکز قطبی بود که از یک کمپرسور محوری دو مرحله ای تغذیه می کرد.آقای Whittle در سال ۱۹۳۷ اقدام به تست اولین توربو جت خود کرد در اوایل تست همه چیز درست به نظر می رسید، ولی پس از تست یک مشکل به وجود آمد و آن خاموش نشدن توربو جت بود و بالاخره معلوم شد که سوخت درون موتور چک می کند و همین باعث روشن ماندن موتور شده تا اینکه تمام سوخت به پایان برسد. همین مشکل باعث به تعویق افتادن ساخت و تکمیل این پروژه وی شد.موتورهای گریز از مرکز از زمان اختراعاتشان در حال تغییر و تحول و بهبود بازدهی بوده اند با پشرفت فن آوری، سرعت چرخش میله اصلی موتور افزایش یافته و قطر کمپرسور گریز از مرکز نیز کاهش یافته است. طول کم این موتورها، یکی از مزایای آنها به شمار می رفت.هیلکوپترها بهترین نمونه های استفاده از این موتورها هستند. ولی یکی از نکات منفی این موتورهای پره های آنهات که می تواند به اجسام خارجی زیان وارد کرده و در عین حال باعث سقوط هلیکوپتر نیز شود.موتورهای امگلیسی به طور وسیع در آمریکا مورد استفاده می شوند که یکی از مشهورترین این موتورها Nene نام داشت که ارتش شوروی سابق نیز از آنها استفاده می کرد.انواع و اقسام مختلفی از موتورهای جت وجود دارند که تمامی آنها نیروی محرکه خود را از خروجی پر سرعت خود می گیرند.در زیر چندین نوع از موتورهای جت را توضیح داده ایم.۱) "موتور جت آبی"آب را با فشار از خروجی های عقب خود خارج کرده و باعث حرکت و به جلو قایق می شود. این موتور قابلیت حرکت در آب های کم عمق را داراست و همچنین زیان رسیار کمی به محیط زیست می رساند، ولی بازدهی بسیار کمتری نسبت به پره ای دارد.۲) "ترمو جت "که اولین نسل از موتورهای جت با تنفس هوا بود که به صورت یک پیستون سور چارجر دار به همراه یک خروجی جت موجود بوده از مزایای این موتور به سرعت بیشتر خروج گازها از خروجی اگزوز کم قدرت بیشتر را در پی داشت می توان اشاره کرد ولی در ضمنت این موتورها بسیار سنگین بودند و همین یکی از معایت بزرگ آنها بود.۳) "توربو فن"که اولین نسل او کمرپرسورهایی بود که یک جریان هوای خروجی را در هسته موتور ایجاد می کردند. این موتورها صدای خیلی کمتری نسبت به موتورهای دیگر به علت بزرگی قطر خروجی خود ایجاد می کنند و به همین دلیل برای هواپیماهایی با سرعت کمتر از صوت از این موتور استفاده می شد ولی این موتور دارای معایبی همچون پیچیدگی زیاد، لوله های و میله ها، موتوری با قطر زیاد و ضرورت حمل تیغه های سنگین بوسیله آن را می توان نام برد. ولی این موتور همچنین مرسوم ترین نوع موتورهای مورد استفاده کنونی می باشند.این موتور هم اکنون در خط های هدایت، مثال بوینگ ۷۴۷ و جت های نظامی استفاده می شود.۴) "راکت"ککه قادر به پیمودن سرعت هایی برابر با چندین ماخ هستند. ورودی هوای غیر پیچیده، شریب تراکم بالا، خروجی ای به صورت ماورای صوت (۵ تا ۶ برابر سرعت صوت) و راحتی تست از مزایای راکت می باشند.۵) ""Ramjet
که هوای ورودی را فشرده کرده و با همان سرعت بیرون می راند. سبکی و سرعت بالا ازمزایا و نیاز بالا برای عملکرد درست و دارا بودن سرعت پایین به علت ضریب تراکم کم از معایب این موتور می باشد.۶) توربو شفت (Turboshaft) در واقع این یک موتور معمول جت نبوده و از توربین های گازی برای حرکت دادن میله ای که پره ها را می چرخاند استفاده می کند که هلیکوپترها با این موتور از زمین بلند می شوند. کارایی بالا در سرعت های پایین و میزان بالا قدرت به وزن از مزایا و سرعت محدود، صدای زیاد پیچیدگی سیستم انتقال نیرو از معایب این موتور می باشند.۷) "پالس جت"(Pulse) Jet ، در این موتور هوا در ابتدا فشرده شده، بعد نوبت به مرحله احتراق رسیده و نیرو تولید می کند. البته این احتراق متناوب بوده و مداوم نمی باشد و در بعضی از مدل ها نیز از سوپاپ استفاده شده است. از مزایای این موتور طراحی بسیار ساده و استفاده آسان از آن در هواپیماهای مدل می باشد.۸) "توربو راکت"(Turbo Racket) ، همانند توربو جت بوده ولی یکی مکنده اکسیژن به منظور ورود اکسیژن برای افزایش قدرت اضافه شده است.از مزایای این موتور به توانایی کار در ارتفاعات زیاد را می توان اشاره کرد.و اما نگاهی داشته باشیم به بعضی از اجزای موترهای جت (این اجزا در اغلب موتورهای جت مورد استفاده قرار می گیرند ) ورودی هوا، قسمت اصلی و اولیه یک موتور جت می باشد. ورودی هوا جز قسمت های ساده موتور یک جت می باشد که از یک دریچه برای ورود هوا تشکیل شده است. برای رسیدن هوا به کمرپرسور موتور و برای عمل فشرده سازی هوا، هواپیما باید با سرعت کمتر از سرعت صوت پرواز کند. در هواپیماهای مافوق صوت فشار هوای ورودی در ابتدا بوسیله یک مانع کم شده و سپس هوا وارد کمپرسور می شود .
▪ کمرپرسور :کمپرسور از چندین طبقه تشکیل شده است که هر طبقه شامکیل چندین پره چرخنده و یک قسمت ثابت می باشد. هر چقدر که هوا بشتر درون کمپرسور حرکت کند، گرم تر و فشارش بیتر می شود. کمپرسور انرژی خود را از توربین می گیرد.
▪ میله (شفت ) :میله قدرت توربین را به کمپرسور منتقل نی سازد و دارای بیشترین طول در درون می تور می باشد. در یک موتور، میله های موجود تا عدد ۳ نیز می رسند و هر کدام از آنها دارای سرعت جداگانه ای می باشند.محفظه احتراق جایست که سوخت با ادغام شدن با هوا احتراق پیدا می کند.
▪ توربین :همچون یک آسیاب بادی عمل کرده و انرژی گازهای خروجی کمپرسور را استخارج و آزاد می نماید. این انرژی برای به حرکت در آوردن کمپرسور بوسیله میله، یافت ها به کار می رود. و همچنین هوای سرد آزده شده از کمپرسور برای سرد کردن تیغه ها و پره های توربینی برای جلوگیری از ذوب شدن آنها به کار می رود.فازل یا اگزوز، گازهای خروجی اگزوز با فشار اتمسفری از این دریچه ها خارج می شوند.
▪ فازل ماورا صورت :مکنده خهای زیر صورت فشار سنج ورودی هوا قطعه ای غیر قابل حذف برای جت هایی با سرعت کمتر از صوت می باشد.ـ در هنگام سکون هواپیما، هوا از تمام جت ها ممکن می تواند وارد مکنده ها شود و حتی از پشت هواپیما ـ در سرعت های پایین وضعیت فرق کرده و هوا حتی به طور مستقیم می تواند وارد ورودی شده و هوای اطراف آن توانایی وارد شدن به ورودی را ندارند.ـ در سرعت های بالا (زیر دیوار صوتی ) هوای مستقیم که به مرکز ورودی نزدیک می شود، وارد ورودی شده، ولی در قسمت بالا و پایین ورودی هوا به طرف بیرون رانده شده و وارد مکنده نمی شود.در طراحی ورودی ها، مهندسان باید دقت بالایی برای طراحی آن برای وارد شدن کمترین فشار به ورودی را به کار گیرند.سیستم خنک کننده، تمامی موتورهای جت به گاز با حرارت بالا برای بهترین بازدهی نیاز دارند به طور معمول سوخت مناسب برای این هدف هیدروکربن و یا هیدروژن تشخیص داده شده اند. درجه حرارت احتراق در بعضیب موارد سوختی تا ۵۰۰۰ فارنهایت بالاتر از درجه ذوب اجسام نیز رسیده است.سیستم هدایتی، یک سیستم بسیار پیچیده در اغلب جت های توربین دار برای خنک کردن تیغه ها، صفحات و پره های توربین به کار می رود.خنک کردن تیغه باله های جت کار آسانی نیست، به خاطر اینکه خنک کردن آن قسمت تاثیر زیادی بر روی آن ندارد. یکی از راه های جلوگیری از گرم شدن تیغه ها به بکار گیری یک عایق برای پوشاندن آنهاست که جنس مخصوص این عایق مانع از گرم شدن آنها، مانع چکیدن روغن و باعث کنترل هوا برای خنک شدن می شود.خنک کردن اجزای موتور همچنین باعث کم شدن فرسودگی گرمایی در مواد می شود.و در نهایت، موتورهای جت ماشین های پیچیده ای هستند که انسان را قادر به جابجایی با سرعت چندین ماخ مینمایند. صنایع هوای تا جایی پیشرفت کردند که دست به ساخت هواپیمای مسافر بری جت درسال ۱۹۶۹ کرده اند. Concorde جت مسافر بری مشهور خطوط هدایتی فرانسه و انگلستان پروازهای خود را از تاریخ ۲۱ ژانویه ۱۹۷۶ آغاز کرده و پس از چندین صانحه هوایی دلخراش از خطوط هوایی کنار گذاشته شد و آخرین پرواز Concorde نیز در تاریخ ۲۶ نوامبر سال ۲۰۰۳ انجام گرفت. از کنکورد تنها ۲۰ فروند ساخته شد.



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

 

آیرودینامیک اتومبیل


اثرهای جریان هوا در اطراف اجسام متحرک تنها به هواپیما سازی خلاصه نمیشود، بلکه با سرعتهایی که اکنون دست یافته اند ، در اغلب شکلهای حرکت ، با مسئله ای به نام مقاومت هوا مواجه اند.
یکی از نمونه های آن رکورد سرعت روی خط آهن است.
بدون مطالعه ی دقیق روی پروفیل آیرودینامیکی موتورهایی که در مقابل باد کمترین مقاومت هوا را متحمل شود ، رسیدن به چنین سرعتهایی نا ممکن بود.




در اتومبیل نیز نتیجه بهتر از این نیست، با این نتیجه ی مستقیم که هر گونه توفیق در مقابل کاهش مقاومت در مقابل پیشروی وسیله ،به کاهش توان لازم و سرانجام کاهش سوخت بازتاب دارد.ولی از طرف دیگر،شکل آیرودینامیکی ایده آل همواره با کیفیت مطلوب از لحاظ جای سرنشینان و راحتی آنان متناسب نیست . همین امر ایجاب میکند که چیزی در بینابین انتخاب شود.
از نظر آیرودینامیکی ،تنها خودروهای مسابقه که به منظور راندن در خط مستقیم و روی پیست مطلقا هموار طراحی میشوند، میتوانند به وضع ایده آل ساخته شوند .
برآیند اثرهای هوا روی اتومبیل را نیز میتوان ،مانند بال هواپیما، به سه نیروی پورتانس کشند،نیروی سوق و رانش تقسیم کرد.
اولی عملا قابل چشمپوشی است ؛ با وجود این لازم است خاطر نشان شود که در اتومبیل های مسابقه که سرعتشان خیلی زیاد است ، در جستجوی پورتانس کم ولی ضعیفند تا موجب شود اتومبیل بیشتر به زمین بچسبد.
نیروی سوق در واقع وارد خط محاسبه نمیشود، مگر به مقدارهای خیلی مهم مولفه ی جانبی سرعت باد .بر عکس ، کشند با مجذور سرعت اتومبیل متناسب است ومساحت مترکوپل ، حتی در مورد اتومبیلهای سری معمولی، نقش عمده بازی میکند.
مطالعه روی شکل بالها و بدنه ی هواپیما به ما نشان داده است که با افزایش پروفیل (پروفیل لایه ای، بدنه های خیلی کشیده)میتوان از حضور کنش در اطراف جسم پیشگیری کرد.
در مورد اتومبیل نیز چنین است ، یعنی جسم دوکی شکل که نسبت طول بر قطر در آن حدود 3 خواهد بود.در این حالت، رشته های هوایی که از جسم فاصله گرفته بودند به دیواره ی جسم میچسبند و در عقب به هم ملحق میشوند؛در این صورت ، کشند عملا تنها کشند اصطکاک است وکشند شکل تقریبا صفر است. بنابراین، تمام هنر دانشمندان آیرودینامیک تطبیق این شکل نظری با نیازهای سرنشینان اتومبیل است.
مطالعه شکلهای مختلف اتومبیلها در طول دهه های اخیر به تکاملهای زیر انجامیده است :

_آیرودینامیکی کردن لوازم گوناگون مانند چراغها،چرخها ...
_قرار دادن سپر در خط کلی اتومبیل
_پروفیلاژ عقب اتومبیل
_از بین بردن یالهای زنده یا تیز.


ژاك لاشنیت(كاشیگر)





 
 
 
تئوري‌ حركت‌ سيال‌

از مشخصات‌ سيال‌ و حركت‌ آن‌ مي‌توان‌ فشار، تنش‌ برشي‌، دانستيه‌، درجه‌ حرارت‌، سرعت‌ و شتاب‌ را برشمرد بررسي‌ نظري‌حركت‌ سيال‌ به‌ معني‌ محاسبه‌ اين‌ مشخصات‌ با توجه‌ به‌ شرايط‌ اوليه‌ و مرزي‌ هر مسئله‌ است‌ كه‌ از حل‌ معادلات‌ اساسي‌ جريان‌ وروابط‌ بين‌ مشخصات‌ ترموديناميكي‌ و مكانيكي‌ سيال‌ بدست‌ مي‌آيد. به‌ خاطر صرفه‌ جويي‌ در هزينه‌ها و امكان‌ پذيري‌ آزمايش‌حتي‌ المقدور سعي‌ مي‌شود بر روي‌ نمونه‌ با اندازه‌ كوچكتر آزمايش‌ صورت‌ داد كه‌ در اين‌ صورت‌ بايد شرايط‌ مكانيكي‌ مشابه‌ ايجادكرد كه‌ شرط‌ لازم‌ و كافي‌ براي‌ وجود تشابه‌، تشابه‌ هندسي‌ بين‌ مدل‌ و اصل‌ و برابري‌ اعداد بي‌ بعد جريان‌ است‌. عدد بي‌بعد هم‌ دراكثر موارد عدد رينولدز Re است‌ كه‌ در صورت‌ نبودن‌ اثر تراكم‌ پذيري‌ و ثقلي‌ (كه‌ در مورد خودرو چنين‌ است‌) مي‌توان‌ نيروها وكميات‌ بي‌ بعد مربوط‌ به‌ اثرهاي‌ گفته‌ شده‌ بالا را تابعي‌ از آن‌ دانست‌.

نيروها و كشتاورهاي‌ منتقل‌ شده‌ به‌ بدنه‌ يا در آزمايش‌ مستقيم‌ بدست‌ مي‌آيد و يا از انتگرال‌گيري‌ تنش‌ برشي‌ و فشارهاي‌ محاسبه‌شده‌ بر روي‌ بدنه‌ حاصل‌ مي‌شود. ويژگي‌ جريانهاي‌ با عدد رينولدز زياد آن‌ است‌ كه‌ تغيير سرعت‌ شديد و در نتيجه‌ تنش‌ برشي‌، تنهادر ناحيه‌اي‌ بسيار نزديك‌ به‌ بدنه‌ پيش‌ مي‌آيد و به‌ جز در اين‌ ناحيه‌ و ناحيه‌هايي‌ در پشت‌ جسم‌ كه‌ جريان‌ اين‌ لايه‌ پخش‌ مي‌شود،مي‌توان‌ جريان‌ را بدون‌ را بدون‌ اصطكاك‌ در نظر گرفت‌ لايه‌ نزديك‌ به‌ ديواره‌ موسوم‌ به‌ لايه‌ مرزي‌ بوده‌ كه‌ در ابتدا جسم‌ هميشه‌ آرام‌و بسته‌ به‌ شرايط‌، در جايي‌ روي‌ جسم‌ مي‌تواند توربولانت‌ شود. اين‌ لايه‌ نازك‌ نقش‌ عمده‌اي‌ بر نيروهاي‌ ايروديناميكي‌ داشته‌ وبويژه‌ هنگاميكه‌ از روي‌ جسم‌ جدا مي‌شود (جدايي‌ لايه‌ مرزي‌) تأثير عمده‌اي‌ بر كل‌ ميدان‌ جريان‌ و آثار آن‌ مي‌گذارد.

در بررسي‌ نظري‌ جريان‌، ابتدا وجود لايه‌ مرزي‌ ناديده‌ گرفته‌ مي‌شود و جريان‌ را بطور غير چسبنده‌ (بي‌ اصطكاك‌) مطالعه‌ مي‌كنند وسرعت‌ فشار وارد بر بدنه‌ را بدست‌ مي‌آورند. سرعت‌ و فشار بدست‌ آمده‌ را سرعت‌ و فشاربر روي‌ لايه‌ مرزي‌ روي‌ جسم‌ مي‌گيرند.اين‌ سرعت‌ و فشار نقش‌ اساسي‌ بر شكل‌گيري‌ و ماندگاري‌ لايه‌ مرزي‌ روي‌ بدنه‌ دارد.

از پديده‌هاي‌ مهم‌ جريان‌ خارجي‌ جدايي‌ لايه‌ مرزي‌ است‌، و آن‌ در قسمت‌ هايي‌ پيش‌ مي‌آيد كه‌ تغيير فشار بر روي‌ بدنه‌ مثبت‌ و از حدي‌ بيشتر باشد.

جريان‌ روي‌ استوانه‌، نمونه‌اي‌ است‌ كه‌ مي‌توان‌ اين‌ پديده‌ و آثار آن‌ را نشان‌ داد. در حالت‌ (b) عدد رنيولدز 105 *Re=1.9 كه‌ لايه‌ مرزي‌ آرام‌ بوده‌ و از روي‌ بدنه‌جدا شده‌ است‌ و در حالت‌ (C) عدد رينولدز 105*Re=6.7 لايه‌ مرزي‌ ابتدا توربولانت‌ شده‌ و سپس‌ جدا شده‌ است‌. ديده‌ مي‌شودكه‌ اولاً با جدا شدن‌ لايه‌ شكل‌ جديد و واقعي‌ جريان‌ بدست‌ مي‌آيد. ثانياً شكل‌ جريان‌ و محل‌ جدايي‌ بستگي‌ به‌ توربولانت‌ شدن‌لايه‌ مرزي‌ و يا عدد Re دارد.

براي‌ اين‌ منظور بدنه‌ خودرو به‌ گونه‌اي‌ طراحي‌ مي‌شود كه‌ محل‌ جدايي‌ لايه‌ در محلي‌، براي‌ مثال‌ بالاي‌ شيشه‌ عقب‌ ثابت‌ بماند.شيب‌ سقف‌ تا محل‌ شيشه‌ عقب‌ را بايد بنحوي‌ ساخت‌ كه‌ ضمن‌ بازيافت‌ بيشتر فشار، جريان‌ نيز بر روي‌ بدنه‌ بماند و از روي‌ شيشه عقب‌ جدا شود.

روش‌هاي‌ اندازه‌گيري‌ ممانها نيروهاي‌ آيروديناميكي‌ (روشهاي‌ اندازه‌گيري‌ و محاسبه‌ نيروهاي‌ وارد برخودرو)

مقدار دقيق‌ ممانها و نيروهاي‌ آيروديناميكي‌ وارده‌ بر بدنة‌ خودرو معمولاً در تونل‌ توسط‌ بالانس‌ آيروديناميكي‌ بدست‌ مي‌آيد. يك‌سيستم‌ داراي‌ محورهاي‌ مستطيلي‌ است‌ كه‌ بعنوان‌ سيستم‌ مختصات‌ استفاده‌ مي‌شودكه‌ مركز آن‌ در مركز نقاط‌ برخورد (تماس‌)چرخهااست‌ و بستگي‌ به‌ خودرو و سيستم‌ مختصاتي‌ بكار گرفته‌ شده‌ در ديناميك‌ خودرو دارد (مانند خصوصيات‌ فني‌ ديناميك‌خودرو) به‌ همين‌ علت‌ انتقال‌ داده‌ها از يك‌ تونل‌ باد با همان‌ نشانه‌ها و خواص‌ براي‌ مطالعه‌ اثرات‌ نيروها و ممانهاي‌ آيروديناميكي‌روي‌ خواص‌ حركتي‌ امكانپذير است‌. اما اين‌ سيستم‌ مختصاتي‌ با سيستم‌ مورد استفاده‌ در علوم‌ هوا- فضا متفاوت‌ است‌ زيرامحورهاي‌ x و z داراي‌ جهات‌ متفاوتي‌ هستند.

اما اينكه‌ بالانس‌ تونل‌ باد چگونه‌ است‌ به‌ بررسي‌ آن‌ مي‌پردازيم.

بالانس‌ تونل‌ باد

مهارت‌ بالانس‌ تونل‌ باد عبارتست‌ از اندازه‌گيري‌ ممانها و نيروهاي‌ آيروديناميكي‌ عمل‌ كننده‌ روي‌ خودرو و تجزيه‌ آن‌ به‌ سه‌ مؤلفه‌سيستم‌ مختصاتي‌ (بالانس‌ شش‌ مؤلفه‌اي‌). توسط‌ جريان‌ متقارن‌ (زاويه‌ برخورد 0=b )نيروها فقط‌ در جهات‌ x و z و ممان‌ در جهت‌ yبوجود مي‌آيند، مقياس‌ سه‌ مؤلفه‌اي‌ براي‌ تحليل‌ ساده‌تر خواهد بود. براي‌ اندازه‌گيري‌ دقيق‌ ممانها و نيروها، بالانس‌ تونل‌ باد بايدداراي‌ خصوصيات‌ زير باشد.

1- ساختار بالانس‌ نبايد اجازة‌ عبور جريان‌ در اطراف‌ خودرو را بدهد. اگر از يك‌ وسيله‌ كمكي‌ استفاده‌ شود (مانند اتصال‌ خودروبه‌ يك‌ پايه‌) تأثيرآن‌ روي‌ نتايج‌ بايد قبلاً تعيين‌ شود تا بتوان‌ مقادير را تصحيح‌ كرد.

2- وضعيت‌ خودرو در حين‌ اندازه‌گيري‌ نبايد تغييري‌ داشته‌ باشد.

3- از آنجا كه‌ نيروهاي‌ بالابر آيروديناميكي‌ كه‌ بايد محاسبه‌ شوند تنها جزيي‌ از وزن‌ خودرو هستند براي‌ دقت‌ بيشتر بايد نيروهاي‌در جهت‌ محورz توسط‌ وزنه‌هاي‌ مجازي‌ جبران‌ شوند.

4- اگر اندازه‌گيريها تحت‌ زاويه‌ برخورد صورت‌ مي‌گيرند، بالانس‌ بايستي‌ حول‌ محور z قابليت‌ چرخشي‌ داشته‌ باشد.

5- انتقال‌ نيرو بين‌ جسم‌ تحت‌ آزمايش‌ و تجهيزات‌ تنظيم‌ نيرو بايد بدون‌ اصطكاك‌ و هيسترزيس‌ باشد. به‌ اين‌ علت‌ استفاده‌ ازاجزاء دقيق‌ مانند تركيبات‌ نوك‌ تيز و شيار دار، لوله‌هاي‌ الاستيك‌ يا ياتاقانهاي‌ نيوماتيكي‌ و هيدروستاتيكي‌ و...ضروري‌ است‌.

در حال‌ حاضر بالانسهاي‌ اتوماتيك‌ داراي‌ بيشترين‌ استفاده‌ هستند. براي‌ مدت‌ زمان‌ طولاني‌ از بالانسهاي‌ ميله‌اي‌ (beam-scade)استفاده‌ مي‌شد كه‌ اجزاء آنها عبارتند از ميله‌هاي‌ بالانس‌ با قابليت‌ تنظيم‌ از طريق‌ برق‌.

وقتي‌ ميله‌ به‌ سمت‌ پائين‌ حركت‌ مي‌كند، يك‌ موتور بصورت‌ اتوماتيك‌ وزن‌ موثر را در جهت‌ خلاف‌ آن‌ تغيير مي‌دهد تاميله‌ دوباره‌بالانس‌ شود. روش‌ دقيق‌تر و سريعتر اندازه‌گيري نيروها عبارتست‌ از سلولهاي‌ الكتريكي‌ (electricload cell) داراي‌ دقت‌ بالا.

اين‌ روش‌ها هم‌ اكنون‌ در بالانس‌ تونلهاي‌ بادي‌ پيشرفته‌ استفاده‌ مي‌شوند زيرا داراي‌ ظرفيت‌ بالا و مصرف‌ كم‌ انرژي‌ هستند.
 


ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

 

آیرودینامیک
از کوششهای اولیه روی پرواز در زمانهای قدیم که بیشتر بر باورهای افسانه ای پا گرفته اند تا دانش هر چند نا استوار آیرودینامیک بدون توقف می گذریم .
در واقع اولین تعریفهای مفید برای آگاهی از قوانین حاکم بر حرکت جسم در شاره در سده ی شانزدهم به هنگام پایه گذاری مکانیک بیان شد.
گالیله اولین کسی است که در جریان مطالعه ی حرکت آونگ به مقاومت هوا پی برد. او متوجه شد که حرکت آونگ بتدریج کند میشود و کوشید رابطه ی بین سرعت ومقاومت هوا راتعین کند. آزمایش گالیله عبارت بود از دو آونگ همانند که از دو کره ی با وزن یکسان آویزان از نخهای با طول برابر تشکیل میشدند.یکی را به اندازه ی 10 درجه و دیگری را به اندازه ی 160 درجه از وضع قائم منحرف و سپس رها کرد.بعد از مدت معینی تعداد نوسانهایی که آونگها انجام داده بودند با هم برابر بود.
گالیله با توجه به نسبت سرعتها 1 و 16 فکر کرد مقاومت هوا با سرعت متناسب است .
اما تنها نیوتن بود که قانون تناسب مقاومت هوا با مجذور سرعت مجذور ابعاد خطی جسم و چگالی هوا را بیان کرد.
به علاوه این دانشمند انگلیسی اساس کار اتاق دمش را ریخت که سه قرن بعد تحقق یافت.
بعدها برای سرعتهای بالاتر نادرستی متناسب بودن مقاومت هوا با مجذور سرعت به اثبات رسید.در واقع آزمایشهای حرکتهای پرتابی نشان داد که مقاومت هوا در مقابل پیشروی پرتابه ها خیلی بیش از مجذور سرعت افزایش می یابد .
از همان هنگام کوششهای مربوط به پیشبرد هیدرودینامیک و مکانیک نظری سیالات در جریان نیمه دوم قرن هجدهم و تمام قرن نوزدهم به پیشرفت های بزرگی نایل آمد.
نتایج کارهای دانشمندان نامور زمان عبارت بودند از :
برنولی که قضیه مهمی را بیان داشت که بر جریان شاره های غیر قابل تراکم حاکم است و بعدا به قضیه ی برنولی معروف شد.
اویلر که به مطالعه ی هیدرودینامیک علاقه مند شد و بدین طریق توانست چندین قانون بنیادی مکانیک سیالات را اثبات کند و همچنین اوست که نظریه ی مقاومت سیال را روی جسم در حال حرکت بر اساس فشار بیان داشت.
لاپلاس فرمول درست سرعت انتشار صوت در هوا را پیدا و ثابت کرد که سرعت صوت در هوا با جذر دمای مطلق هوا متناسب است.
در جریان قرن نوزدهم برای اولین بار پرتابه ها وارد توپخانه ها شدند وبدین سان مطالعه روی پدیده های فراصوتی آغاز شد.آزمونهای تیراندازی بویژه در فرانسه تا سرعتهای حدود 1500 متربر ثانیه انجام میگرفت.در جریان همین آزمایشها بود که ماخ _فیزیکدان اتریشی_در جسمی که با سرعت فرا صوت حرکت میکرد موجهای شوک را کشف کرد.روش استریوسکوپی مشاهده جریانهای فراصوتی که ماخ آن را ابداع هنوز هم مورد استفاده است .
حدود قرن اخیر اندیشه ی ساخت هواپیماهای دقیقتر مطرح شد و ماکتهای اولیه ی هواپیما بیشتر مدیون مطالعه روی پرواز پرندگان است.

جورج کیلی پروفیلی طراحی کرد که شاید اولین پروفیل بال از روی آن ساخته شده باشد و شکل آن بر اساس برش عرضی ماهی قزل آلا طراحی شده بود.
به موازات این کوششهای نظری نخستین دستگاه های آزمایشهای آیرودینامیکی ساخته و بکار گرفته شد .در سال 1871 ونهام ودر سال 1891 فیلیپ در انگلیس اتاقهای دمش را ساختند.بعدا ژوکوفسکی در روسیه و راتو و ایفل در فرانسه به همین کار پرداختند.ایفل بحق یکی از پیشگامان این راه شد .او روشهای فنی آزمایشی را بنا نهاده است که امروزه نیز از آنها استفاده می شود.ایفل برای اندازه گیری مقاومت هوا روی صفحات تخت در سال 1910 برج معروف ایفل را ساخت.
از این زمان است که بسط نظری آیرودینامیک با ساخت هواپیما دوش به دوش هم پیش میرود.پیشرفت در اولی موجب تکمیل و تصحیح در دومی میشود.
در سال 1920 پرانتل آلمانی نظریه ی پورتانس را بیان کرد و به شرح رفتار جریان هوا پرداخت.



در طول جنگ 1939- 1940 نشانه های اولیه ی ورود به ناحیه ی سرعتهای دور و بر سرعت صوت با هواپیماهای ملخی خیلی سریع مانند اسپیت فایر(سیخ آتش) در جریان خیزهای قائم به ظهور پیوست.ظهور هواپیماهای مجهز به موتورهای واکنشی (جت) این پدیده را خیلی روشن تر کردند و از سال 1945 برنامه های وسیع پژوهشی روی جریانهای سریع نزدیک به سرعت صوت در اتاقهای دمش ریخته شد.نتایج بدست آمده اجازه دادند که شکل و رفتار آیرودینامیکی هواپیماها را در اطراف سرعت صوت تکمیل و تصحیح کنند و به سرعتهای فرا صوتی بزرگ دست یابند.




در طرحهای نظامی سرعت عادی هواپیماها به 3 ماخ میرسد و مطالعه ی آیرودینامیکی هواپیماهای حمل ونقل بازرگانی با همین کیفیت در جریان تکامل است.
تکامل موتورهای ویژه ای که سرعت برخی از آنها به چند هزار کیلومتر در ساعت میرسد به مطالعات پیشرفته تری نیازمند است مسایل جدیدی را مطرح ساخته اند که وجود اتاقهای دمش با تجهیزات کاملتر و شرایط جدید پرواز را ضروریتر میسازند.

ژاک لاشنیت (ترجمه ی کاشیگر)


ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

توربو ماشين ها

توربین یا تور بینیس از ریشه لاتین و به معنی چیزی است که می گردد یا می چرخد منظور از توربو ماشین هر نوع وسیله ای است که در آن بر اثر هر نوع کنش دینامیکی یک یا چند ردیف تیغه متحرک با سیالی که پیوسته جریان دارد تبادل انرژی انجام می دهد . اساسا ردیف تیغه گردنده یا روتور ، آنتالپی سکون سیال عبور کننده را بسته به انتظاری که از ماشین داریم با انجام کار مثبت یا منفی تغییر می دهد . این تغییر آنتالپی با تغییرا ت همزمان فشار در سیال ارتباط نزدیک دارد .تعریف فوق از توربوماشین زیاد کلی است زیرا توربو ماشین های باز مانند پیشرانها ؛ اسیابهای بادی و بادزنهای
بی پوشش را نیز که با مقدار سیال نامعین عمل می کند در بر می گیرد .

بنابراین دامنه بحث را به توربو ماشین های بسته که در آنها مقدار سیال معین در زمان واحد از دستگاه عبور می کند منحصر می کنیم . توربو ماشین ها کلا دو دسته اند :
اول آنهایی که قدرت جذب می کنند تا فشار سیال و یا ارتفاع سیال را بالا ببرند مثل بادزنهای کانال دار ، کمپرسور ها و پمپ ها .
دوم آنهایی که با انبساط سیال و رسیدن آن به فشار یا ارتفاع کمتر قدرت تولید
می کنند مثل توربین های هیدرولیکی ، بخاری و گازی . توربو ماشین ها را بر حسب نوع مسیر جریان درگذر گاههای موتور نیز می توان دسته بندی کرد .
هنگامی که جریان تماما یا عمدتا موازی محور چرخش باشد دستگاه را توربو ماشین جریان محوری نامند .
وقتی مسیر جریان تماما و یا عمدتا در صفحه عمود بر محور چرخش قرار گیرد دستگاه را توربو ماشین جریان شعایی می نامند . طریق دیگر تقسیم بندی توربوماشین ها بسته به وجود یا عدم تغییرات فشار در جریان عبور کننده از روتور می باشند که توربو ماشین ها را به ضربه ای و یا عکس العملی ( واکنشی ) تقسیم می کند . در ماشین های ضربه ای کل تغییرات فشار در یک یا چند شیپور ( نازل ) اتفاق می افتد و سیال به روتور هدایت می شود .

توربین گازی

یکی از انواع توربو ماشین های جریان محوری ، توربین های گازی می باشند که کاربردهای زیادی در صنعت دارند تئوری و روشهای انجام این کارسالهای پیش از دستیابی به مواد لازم و دانش توربو ماشین ها مطرح شده بود ، امروزه بالا رفتن تکنولوژی و علوم مرتبط با کار توربو ماشین ها ساخت و کاربرد توربین های گازی بطور چشم گیری رو به افزایش است . اولین طرح واقعی توربین گازی را " جان پارپر " درسال 1791 میلادی نسبت می دهند ولی اولین توربین گازی قابل استفاده توسط شرکت "بران باوری" جهت تولید نیروی الکتریسیته در سال 1939 میلادی درنمایشگاه ملی سوئیس در شهر زوریخ به نمایش در آمد ، در عرض زمان کوتاهی که از ساخت توربین های گازی می گذرد امروز در هواپیما ، هلی کوپتر ، تولید الکتریسیته ، پمپاژ نفت وگاز ، کشتی ، قطار و تولید مواد فشرده استفاده می شود .
امتیازا ت توربین گازی در توربین بخار عبادتند از :
1- استفاده نمودن از گاز به عنوان انرژی
2- استفاده نمودن از سوخت مایع (گازوئیل ) در مواقعی که به عللی گاز قطع گردد

با توجه به آ نچه که در بالا ذکر شد بکار گرفتن توربین گازی در محل هایی که گاز به مقدار کافی وجود دارد به صرفه تر خواهد بود . می دانیم که ، برای استفاده از انرژی موجود در گاز و یا گازوئیل باید آنها را بسوزانیم ، از طرفی سوزاندن باید در مجاورت هوا انجام شود ، بنابراین توربین گازی باید مجهز به دستگاههای دیگر مثل اطاق احتراق و فشار دهنده هوا باشد .

"اهداف مهم در روند توسعه ی توربين های گازی پيشرفته "

عامل اصلی توسعه توربین های گازی با توان و کارایی بالا ، دسترسی به گاز طبیعی تمیز با قیمت ارزان است . اما خروج گاز با درجه حرارت بالا از خروجی توربین – که پیامد آن به کاهش کارایی سیکل است – متخصصان مربوط را بر آن داشته که سیکل های ترکیبی را مطرح کنند تا گاز با درجه حرارت بالا ، در محفظه ی دیگری موسوم به جدول باز یاب حرارتی بخار ( HRSG ) استفاده شود.
در این حالت ،سیکل ترکیب شده کارایی بالاتری دارد . این نوع سیکل ها ، با داشتن کارایی بالاتر از سیکل های عاد ی با سوخت زغال سنگ و همچنین داشتن ویژگی کاهش آلودگی محیط زیست ، سهم بزرگی در تولید برق در شبکه ها بر عهده دارند .محدودیت استفاده از گاز طبیعی در نیرو گاهها با قیمت ارزان و فشار های سیالی در جهت مصرف آن برای تولید انرژی الکتریکی ، از عواملی است که استفاده کلان از توربین گازی را به طور گسترده ای با مشکل روبه رو کرده است .
بنابراین متخصصان و کارشناسان ، طرح تبدیل زغال سنگ به گاز را پیش بینی
کرده و معتقدند که این طرح جایگزین خوبی برای استفاده از منابع گاز طبیعی است .

همچنین تلاش می کنند تابا ابداع روشهایی جدید ، کارایی توربین های گازی را افزایش دهند . نیروی هوایی امریکا توانست در سال 1986 با همکاری هفت سازنده ی توربین ، موتور توربین با کارایی بالا بسازد .
اهدافی که در توسعه ی این نوع موتور توربین مد نظر بوده به قرار زیر است :
الف ) تولید گاز با دمای بالا در محفظه ی احتراق و ورودی توربین ؛
ب ) ساخت کمپرسوری با ظرفیت و کارآیی بالا ؛
ج ) ساخت اجزای تشکیل دهنده سبک
بند "ج" برای توربین هایی که در تولید برق ، بکار رفته و در سطح زمین نصب
می گردد چندان مورد توجه نبوده و از پیچیدگی علمی نیز برخوردار نیست . اخیراً برای این نوع توربین ها از موتوری که اصلاح شده موتور هوایی (Aeroengine ) است استفاده می شود .
برای مثال شرکت گاز و الکتریک پاسیفیک (E & PG) طرح پیشرفته ای
را بر اساس موتورهای صنایع هوایی با جت مجهز به سوپرفن جنرال الکتریک مدل GE90 ارائه داده است و رولزرویس سیستمی را برای تولید برق از توربین گازی به منظور به کارگیری در موتورهای هوایی . در توسعه ی توربین گازی ، انواع مختلفی از سیکل های پیشرفته مبتنی بر کولر داخلی ، استفاده از هوای مرطوب ، تزریق بخار ،

محفظه ی احتراق مجهزبه بازیافت حرارتی و مبدلهای حرارتی ، طراحی و به کار گرفته می شود .
اخیراً سازمان انرژی آمریکا برنامه ای مبنی بر تولید توربینهای پیشرفته ایی با کارایی حدود 52 درصد برای سیکل های ترکیبی و در آینده ای نزدیک با کارایی 60 درصد و تولید NOX پایین را تهیه کرده و دردست اجرا دارد .
در این برنامه ، دمای احتراق تاحدودCº 1427 افزایش یافته و برق با نازلترین قیمت تولید می شود .



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

" توربین های گازی پیشرفته امروزی "

توربین های گازی جدید ی که برای موارد تولید انرژی الکتریکی طراحی شده و بکار می روند ، در حالت کلی از نظر اندازه ، مواد به کاررفته در اجزای مختلف و فناوری ، تغییرات اساسی یافته اند . مشخصات کلی به قرار زیر است :
1) توان تولید برق درحدود 150 مگاوات در 60 هرتز یا 200 مگاوات در 50 هرتز
2) دمای گاز ورودی توربین در حدود Cº1260 و نسبت فشار کمپرسور 1: 16؛
3) کارایی کل واحد با گاز طبیعی حدود 35 درصد و در صورت استفاده از سیکل ترکیبی ،47 درصد.
مشخصات کلی توربین گازی سری قبلی این مدل ، 100 مگاوات ، Cº 1100و
33 درصد است .چند نمونه از توربین های گازی پیشرفته ای که سازندگان توربین گازی در کشورهای مختلف ارائه داده اند به قرارزیر است :
مدل GT13E2 ساخت شرکت ABB درسال 1995 در هلند به بهره برداری رسید . توان خالص تولید ی این توربین در 50 هرتز با سوخت گاز طبیعی برابر 164 مگاوات در کارایی 7/35 درصد و با سوخت مایع برابر 161 مگاوات در کارایی 4/35 درصد است . نسبت فشار کمپرسور این واحد برابر 15:1 است . در این نمونه 72 مشعل در محیط محفظه ی احتراق قرار گرفته است که این نوع مشعل ، ظرفیت تولید گاز NOx بسیار کمتری دارد . مقدار NOx تولید شده با سوخت گاز ، کمتر از PPm 25 و با سوخت مایع و تزریق آب ، کمتراز PPm 42 است . دمای ورودی گاز به توربین ºC 1100 و خروجی ºC 525 است .
این توبین 5 مرحله پره دارد که در دو ردیف اول روتور ، و سه ردیف ثابت ، که در آنها سیستم خنک کننده نیز تعبیه شده است . سیستم خنک کننده ، در ریشه پره های دو ردیف آخرنیز نصب شده است. جنرال الکتریک و شرکت اروپایی توربین گازی به طور مشترک ، مدل F 9001 MS را با فرکانس 50 هرتز ارائه داده اند که در نیرو گاه جنویلرس فرانسه ازآن استفاده می شود .
توان تولید ی این واحد 215 مگاوات در کارایی 35 درصد است . توان تولید ی مدل جدید تری ازاین سری به 226 مگاوات افزایش یافته است . کمپرسور این توربین گازی دارای 18 مرحله با نسبت فشار 20:1 و محفظه ی احتراق مجهز به 18 مشعل با سیستم کنترل NOx است .
توربین ، از نوع سه مرحله ای است که در دوردیف اول ، خنک کاری انجام می شود . دمای ورودی توربین ºC 1288 است . از مدل 60 هرتز که FA 7001 MS نامیده
می شود ، در نیروگاه نیو مارتین فلوریدا بهره برداری می شود . توان تولیدی این توربین 149 مگاوات با NOx کمتر از PPm 25 با سوخت گاز طبیعی است . کارایی این واحد با سیکل ترکیبی 47 درصد است . این واحد ها ی بزرگ با کارایی بالا که برای زمانهای حداکثر بار طراحی شده است ، قابلیت مانور بالایی دارند .
توربین گازی جنویلوس از لحظه آغاز راه اندازی تا رسیدن به شرایط تولید با ظرفیت کافی فقط به 12 دقیقه زمان نیاز دارد و چون هزینه تولید این واحد پایین است ، انتظار
می رود که از آن در سیکل های ترکیبی استفاده شود. در این صورت ، تولید الکتریسیته برای بار پایه صورت می گیرد و تعداد دفعات راه اندازی و از کاراندازی آن کاهش خواهد یافت . با تغییر روش استفاده و با بهره برداری بهینه ، ویژگیهای تعمیراتی نیز تغییر خواهد کرد که در این صورت باید به این موارد نیز در طراحی توجه شود .
لازم است ذکر شود که در صورت استفاده در بار پایه ، خروج واحد از شبکه بدون برنامه ریزی قبلی ، ضررمالی قابل توجهی را به دنبال خواهد داشت .

www. iran-eng.com



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390
بررسي آلاينده ها در سيستم هيدروليك


 

يكي از علومي كه بيشترين كاربرد را در صنايع مختلف به خود اختصاص داده, علم هيدروليك است. البته علوم ديگري نظير شيمي, مكانيك سيالات و ترموديناميك نيز به كمك اين علم آمده و تلفيقي از آنها را به صورت ساده در يك سيستم هيدروليك مي توان مشاهده كرد.
از طرفي با توجه به نقش اساسي و مهم سيال هيدروليك (انتقال نيرو), بحث آلايندگي آن از اهميت بسيار زيادي برخوردار است. در يك سيستم هيدروليك, سيال هيدروليك با تغيير جهت نيرو و همچنين تغيير مقدار آن باعث حذف يك سري از عمليات مكانيكي در سيستم مي شود كه بعنوان مثال از حذف استفاده از دنده ها, اهرم ها و نيز حذف تنش هاي شديد اجزاي مي توان سيستم نام برد. همچنين سيال هيدروليك به دليل انتقال سريع نيرو و تا فاصله زياد, در شرايط دما و فشار بالا بازدهي بهتري خواهد داشت.
براساس نظر كارشناسان تعميرات و نگهداري, حدود80 درصد خرابي ها در سيستم هيدروليك, نتيجه مستقيم آلودگي سيال آن است. بنابراين با انتخاب يك سيال مناسب و همچنين كنترل آلاينده ها مي توان آسيب هاي ناشي از آلاينده ها را به حداقل رساند. در اين مقاله آلاينده هاي سيستم هيدروليك به طور اجمالي معرفي شده و هر كدام به صورت جداگانه بررسي مي شود.

حرارت بيش از اندازه (Over Heat)
متاسفانه در بسياري از موارد, حرارت به عنوان يك آلاينده در نظر گرفته نمي شود. يكي از عوامل بوجود آمدن حرارت بيش از اندازه در سيستم مي تواند مربوط به انتخاب نادرست گريد (ISO VG) روغن هيدروليك باشد. بدين ترتيب كه چون در شرايط روانكاري هيدرو ديناميك تنها اصطكاك موجود, اصطكاك داخلي روغن در گردش است, اگر گريد مصرفي بيش از گريد توصيه شده باشد به دليل افزايش اصطكاك داخلي, دماي روغن به شدت افزايش مي يابد. بر اثر افزايش غيرعادي دماي روغن, روند اكسيداسيون از حالت تدريجي خارج شده و روغن پايه به سرعت اكسيد
مي شود. (پس از شروع اكسيداسيون به ازاي هر15 درجه سانتيگراد افزايش دما, شدت اكسيداسيون, دو برابر مي شود) نتيجه اين امر كاهش ادتيوهاي آنتي اكسيدان و در نهايت كاهش عمر مفيد روغن خواهد بود.
از دلايل ديگر Over Heat مي توان به انجام تماس فلز با فلز در اثر وجود اشكال فني در سيستم و برقراري شرايط روانكاري مرزي اشاره كرد كه باعث سايش مكانيكي قطعات مي شود. در برخي موارد نيز بدليل طراحي نامناسب, انتقال حرارت موثر بين سيستم و محيط انجام نشده و در شرايط آب و هوايي گرم, تاثير پذيري سيستم از محيط بسيار زياد مي شود.
در نهايت با افزايش عدد اسيدي و تحليل ادتيوها در روغن, ميزان خوردگي و زنگ زدگي قطعات نيز افزايش مي يابد. از طرف ديگر بدليل افزايش گرانروي روغن (اكسيداسيون) جريان روغن درون سيستم كاهش يافته و بدليل افت فشار, دقت كنترل سيستم كاهش خواهد يافت.

براي رفع چنين مشكلاتي در سيستم مي توان ضمن انتخاب صحيح گريد سيال هيدروليك و نيز اطمينان از طراحي مناسب, با افزايش ظرفيت تغذيه روغن و همچنين افزايش سرعت گردش آن, دماي روغن را در حد مطلوب كنترل كرد كه بنا به عقيده كارشناسان تعميرات دماي روغن در مخزن اصلي هيدروليك, نبايد از60 درجه سانتيگراد تجاوز كند.
آلايندگي ذرات جامد (Solid Particle Contamination)
در يك سيستم هيدروليك بدليل اينكه امكان حذف كامل ذرات جامد از سيال هيدروليك وجود ندارد, بناچار براي آلايندگي ناشي از ذرات, يك محدوده تعريف مي شود. در سيستم هاي امروزي كه داراي لقي مجاز (Clearance) بسيار كمي بوده و در فشارهاي به نسبت بالا (بيشتر از 7 bar ) كار مي كنند كنترل آلاينده هاي جامد از اهميت بسيار زيادي برخوردار است. منابع ورود ذرات جامد به سيستم مي تواند از طريق هواي ورودي به سيستم از محيط (گرد و غبار), ذرات عبوري از آب بندها, باقي ماندن ذرات درون سيستم هنگام نصب قطعات و نيز ذرات حاصل از سايش داخلي قطعات باشد. حضور اين ذرات در سيستم مي تواند سبب بوجود آمدن صدمات مكانيكي (پارگي شيلنگها و شكستن Valve ها), سايش و خراشيدگي سطوح فلزي, گرفتگي فيلترها و در نهايت ايجاد افت فشار در سيستم شود كه نتيجه اين امر كاهش ميزان توليد و افزايش هزينه هاي كلي تعميرات خواهد بود.
براي جلوگيري از ورود ذرات به سيستم, بايد تمامي سيالات, قبل از ورود به مخزن, فيلتر شده و در نواحي قرارگيري سيستم در معرض هواي محيط, فيلترهاي مناسب بكارگرفته شوند. هم چنين فلاشينگ نهايي سيستم پس از نصب قطعات (قبل از راه اندازي) و نيز بازرسي شرايط آب بندها و درپوش مخازن مركزي مي تواند مانع ورود ذرات جامد به سيستم شود. از طرفي بررسي فيلترها از نظر مش صحيح ( اندازه منافذ و تعداد) و جنس آنها با توجه به نوع عمليات, مي تواند بازدهي فيلتراسيون را در سيستم افزايش داده و با در نظر گرفتن لقي مجاز قطعات مي توان محدوده مناسبي براي آلاينده ها تعريف كرد.

يكي از روشهاي اندازه گيري, روش اسپكتروسكوپي است كه بدليل محدوديت اين روش (عدم اندازه گيري ذرات بزرگتر از7 ميكرون), روش هاي ديگري نظير NAS و اخيراً روش ISO 4406 بكار گرفته مي شوند.
در اين روشها, با توجه به لقي مجاز قطعات و توصيه سازنده اصلي تجهيزات (OEM) يك محدوده بعنوان كد تميزي سيستم در نظر گرفته مي شود, بدين ترتيب كه بوسيله شمارش الكترونيكي ذرات با توجه به سايز آنها (در محدوده بين5,2 تا15 ميكرون) كد تميزي سيستم مشخص مي شود. بعنوان مثال سازنده ويكرز براي يك سيستم هيدروليك
كد ISO 4406 18/16/13 معادل با NAS 1638 Level 7 را بعنوان كد تميزي سيستم در نظر گرفته است كه اگر ميزان آلاينده ها از اين حد تجاوز كند, با بهبود فيلتراسيون ( يا تعويض فيلتر) و در صورت لزوم جايگزيني روغن جديد مي توان آثار مخرب آلاينده ها را به حداقل رساند.



آلايندگي آب (Water Contamination) :
ميزان ايده آل آب در يك سيال هيدروليك, كمتر از ميزان اشباع آن (در دماي عملياتي دستگاه) است. حدود (200-300)ppm آب مي تواند بصورت محلول در سيال پايه معدني وجود داشته باشد بدون اينكه رنگ روغن تغيير كند.
اگر ميزان آب به 500 ppm افزايش يابد, روغن كمي كدر شده و به اصطلاح ظاهر آن ابري مي شود. بالاترين ميزان مجاز آب در يك سيال هيدروليك 100 ppm بوده و اگرميزان آب از 0.1 درصد وزني تجاوز كند, بصورت‌ آب آزاد ظاهر خواهد شد. آب بدليل كاهش مقاومت فيلم روانكار باعث افزايش شدت سايش شده و در حضور فلزاتي نظير مس, شدت سايش دو برابر خواهد شد.
از طرفي بدليل كاهش ادتيوهاي R&O , ميزان خوردگي و زنگ زدگي سطوح فلزي افزايش يافته و در حضور كاتاليزورهاي فلزي, تخريب سطوح چند برابر مي شود. همچنين بدليل انجام سريع اكسيداسيون, لجن اسيدي در سيستم ايجاد شده و راندمان فيلتراسيون كاهش مي يابد.
بهترين روش براي اندازه گيري ميزان آب, آزمايش كارل فيشر است. براي جلوگيري از ورود آب به سيستم مي توان به مواردي نظير دقت در انبارداري صحيح, برطرف كردن نشتي از مبدلهاي حرارتي يا ورودي هاي مخزن و تعويض آب بندهاي آسيب ديده, اشاره كرد.


آلايندگي هوا (Air Contamination) :
يكي ديگر از آلاينده هايي كه در ارتباط با سيال هيدروليك مي توان به آن پرداخت, حبابهاي هواست. خروج حبابهاي درون سيال در مواقعي كه فشار اعمال شده روي سيال از فشار اشباع حلاليت هوا در آن كمتر باشد, مي تواند با شكستن و از بين رفتن ناگهاني باعث بروز حوادثي نظير كاويتاسيون شود. يكي ديگر از صدماتي كه حضور حبابهاي هوا درون روغن هيدروليك ايجاد مي كند, توليد كف (تراكم پذير) و افزايش شديد درجه حرارت بدليل كاهش حجم درون سيلندر هيدروليك است كه اين افزايش دماي ناگهاني باعث تسريع روند اكسيداسيون خواهد شد.
براي جلوگيري از ورود هوا به سيستم مي توان با تامين هد مورد نياز پمپ از بوجود آمدن افت فشار در اريفيس ها و همچنين مقاومت در مكش و هواگيري پمپ ها جلوگيري كرد.
در برخي موارد باز و بسته شدن سريع شير كنترل ها (ايجاد توربولنسي), تنفس كلاهك مخزن و ورودي هاي سيستم مي تواند بعنوان منابع ورود هوا به سيستم باشند كه با رفع اين عيوب, تشكيل حبابهاي هوا در سيال هيدروليك به پايين ترين ميزان ممكن خواهد رسيد.


مشكل نشتي (Leakage)
متاسفانه در جامعه صنعتي, نشتي بعنوان يك امر معمولي در نظر گرفته شده و براي رفع آن, تلاش جدي صورت نمي گيرد. بررسي آثار نامطلوب نشتي در يك سيستم مي تواند اهميت آنرا بيش از پيش مشخص ساخته و تاثير آن را در كيفيت محصول نهايي و افزايش هزينه هاي تمام شده, نشان دهد.
در يك سيستم هيدروليك بدليل نشتي, همواره ميزان مصرف روغن از ظرفيت واقعي مخزن بيشتر بوده و هزينه هاي مربوط به خريد روانكار افزايش مي يابد. از طرفي بدليل كاهش جريان روغن و ايجاد افت فشار, دقت كنترلي سيستم كاهش يافته و بعلت كاركرد نامنظم سيستم, مشخصات محصول نهايي (مثلاً ابعاد) بر موارد از پيش تعيين شده منطبق نخواهدبود. در ارتباط با معضل نشتي در كنار آثار مخرب زيست محيطي (ورود روغن به منابع آب و خاك), احتمال قرار گرفتن روغن در معرض سطوح داغ (دستگاههاي دايكاست و تزريق پلاستيك) و اشتعال آن وجود داشته و بروز حوادثي نظير آتش سوزي محتمل خواهد بود.
نكته بسيار مهم ديگر در ارتباط با نشتي اين است كه تمامي آلاينده هاي ياد شده مي توانند از محل نشت روغن وارد سيستم شده و استهلاك زودرس تجهيزات و ماشين آلات را باعث شوند. بنابراين بازرسي منظم اتصالات و آب بندها و تعويض آنها در صورت لزوم مي تواند در كاركرد مطمئن ماشين آلات, موثر باشد.
يكي ديگر از روشهاي جلوگيري از نشتي, بحث سازگاري سيال هيدروليك با الاستومرها و انتخاب مناسب سيال هيدروليك از نظر نقطه آنيلين است.
بدين معني كه نقطه آنيلين معرف ميزان تركيبات آروماتيك در روغن بوده و اگر از ميزان توصيه شده بيشتر باشد, باعث تورم آب بندها شده و اگر كمتر از حد مجاز باشد سبب سفت شدن اتصالات و كاهش حجم آنها مي شود.
از روش هاي موثر ديگر جلوگيري از نشتي, انتخاب صحيح آب بندها (از نظر دما, فشار و شدت جريان), تنظيم دماي سيال هيدروليك (حداقل نگه داشتن دماي سيال) و بالانس مكانيكي سيستم (در يك راستا قرار گرفتن شفت پمپ و موتور) است كه با اجراي اين روشها مي توان ميزان نشتي را به حداقل رساند.
منابع:
- National Tribology Service (NAS)
- Oil Analysis & Lubrication Learning Center
- Hydraulic Oil Filtration System-Filtroil
- Practical Ways To Control Hydraulic System Contamination
- Lube- Tech Magazine

نويسنده: مهندس مجيد همداني

منبع : مجله نفت پارس

با تشکر ویژه از کانون دانش


 

© کپی رایت توسط .:مقاله نت.: بزرگترين بانك مقالات دانشجويي کلیه حقوق مادی و معنوی مربوط و متعلق به این سایت و گردآورندگان و نويسندگان مقالات است.)
برداشت مقالات فقط با ذکر منبع امکان پذیر است.


 


 

© کپی رایت توسط .:مقاله نت.: بزرگترين بانك مقالات دانشجويي کلیه حقوق مادی و معنوی مربوط و متعلق به این سایت و گردآورندگان و نويسندگان مقالات است.)
برداشت مقالات فقط با ذکر منبع امکان پذیر است.



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

 

نگاهي به جريان سيال در لوله‌ها

سيالات موادي هستند كه شكل ظرفي را كه درون آنها قرار دارند، به خود مي‌گيرند و لذا براي انتقال آنها، به محيطي واسطه نياز داريم. بشر از ديرگاه براي انتقال  سيال بصورت پيوسته از لوله استفاده مي‌نمود. لوله ها در طولها، اشكال و اندازه‌هاي مختلف بكار ميروند . آيا تا به حال به شكل لوله ها توجه كرده‌ايد ؟ زياد شدن طول لوله يا قطر لوله ها چه اثري بر روي انتقال سيال و ميزان مصرف انرژي خواهد گذاشت؟ چرا لوله ها را به صورت مستقيم استفاده مي‌كنند؟ اگر لوله ها را خم كنند يا حتي بپيچانندچه تغييري در جريان مشاهده مي‌كنيم؟

گاهي از اوقات لوله حاوي سيال را گرم و يا سرد مي‌كنند و با اين عمل ، از لوله يك مبادله گر حرارتي ميسازند. با توجه به اين موضوع به سوالات بالا چنين پاسخ مي‌دهيم.

لوله در اينجا مجرايي است كه سيال در داخل آن جريان مييابد و همزمان گرم يا سرد نيز مي‌شود. هنگامي كه  سيال لزجي وارد مجرايي ميشود ، لايه مرزي، در طول ديواره تشكيل خواهد شد. لايه مرزي بتدريج در كل سطح مقطع مجرا توسعه مييابد و از آن به بعد به جريان، كاملا توسعه يافته (فراگير ) گفته مي‌شود. معمولا اگر طول لوله بلندتر از 10 برابر قطر لوله باشد آنگاه جريان توسعه يافته شده است.

اگر ديواره مجرا گرم يا سرد شود، لايه مرزي گرمايي نيز در طول ديواره مجرا توسعه خواهد يافت.

اگر گرمايش يا سرمايش، از ورودي مجرا شروع شود ، هم نمودار توزيع سرعت  و هم نمودار توزيع دما بصورت همزمان توسعه مي‌يابند. مسأله انتقال گرما در اين شرايط ، به مسأله طول ورودي هيدرو ديناميكي و گرمايي تبديل مي‌شود كه در بر گيرنده چهاذ حالت مختلف است و به اينكه هر كدام از دو لايه مرزي سرعت و دما در چه وضعيتي بسر مي‌برند(( كاملا توسعه يافته و يا در حال توسعه)) بستگي دارد.

در ناحيه كاملا توسعه يافته در داخل لوله ، عملا لايه مرزي وجود ندارد چون دو ناحيه مختلف، كه يكي با سرعت جريان آزاد و ديگري تحت تاثير ديواره باشد ، وجود نخواهد داشت و در سرتاسر لوله ، تمام نواحي تحت تاثير ديواره قرار دارند. از آنجا لايه مرزي، مقاومتي در برابر انتقال حرارت است، لذا  بيشترين ميزان ضريب انتقال حرارت جابجايي در ابتداي لوله، يعني در جايي كه ضخامت لايه مرزي صفر است، مشاهده مي‌شود. مقدار اين ضريب به تدريج همزمان با افزايش ضخامت لايه مرزي و در نتيجه افزايش مقاومت در برابر انتقال حرارت، كاهش مي‌يابد تا به مقدار آن در ناحيه كاملا توسعه يافته برسد كه تقريبا مقداري ثابت است.

حال اثر تغيير شكلي خاص در لوله را روي ويژگي‌هاي سرعت و انتقال حرارت بررسي مي‌كنيم.

كويلهاي حلزوني و مارپيچ ، لوله‌هاي خميده اي هستند كه بعنوان مبادله گرهاي گرماي لوله خميده در كاربردهاي مختلف ايتفاده مي‌شوند.

بياييد كويلهاي مارپيچ يا حلزوني را تحليل كنيم. سيالي را در درون اين لوله ها در نظر مي‌گيريم. آنچه در ابتدا نظرمان را به خود جلب مي‌كند اينست كه چون لوله ها بصورت مارپيچ (دايروي) پيچيده شده‌اند، لذا در اثر حركت دوراني و محوري، نيرويي به آنها وارد مي‌شود و اين خود باعث مي‌شود تا شتاب سيال صفر نشود، حال سؤالي كه اينجا مطرح مي‌شود اينست كه با وجود اين نيرو، آيا جريان داخل مارپيچ، كاملا توسعه يافته است يا جرياني در حال توسعه است و پروفايل سرعت تغيير مي‌كند. آيا دليل بيشتر بودن h (ضريب انتقال حرارت جابجايي) در ناحيه، نيبت به لوله مستقيم نيز،اين است(مي‌دانيم كه h در ناحيه كاملا توسعه يافته كوچكتر از h  در ناحيه در حال توسعه است)؟ يا هيچكدام از اينها صحيح نيست و دليل بزرگتر بودن ضريب انتقال حرارت جابجايي در اين ناحيه چيز ديگري است؟

در اولين نگاه بنظر مي رسد كه جريان داخل كويل كاملا توسعه  يافته نيست و دليل بيشتر بودن  h نيز همين است. با اين حساب اين جمله را چگونه توجيه كنيم كه : داده‌هاي محدود راجع به جريان آشفته در حال توسعه ، نشان مي‌دهد كه جريان ، در نيم دور اول كويل كاملا توسعه مي‌يابد؟ اگر اينطور باشد پس دليل افزايش h چيست؟  

 

جريان در يك لوله

 

جريان داخل لوله را در مختصات استوانه‌اي در نظر بگيريد كه داراي سه مولفه Ө ,z ,r است. هنگاميكه لوله مستقيم است، سرعت در دو راستاي Ө ,r  صفر بوده و فقط در راستاي z  سرعت داريم  :                      و هنگاميكه لوله را خميده يا مارپيچ مي‌كنيم، بدليل وجود نيروي گريز از مركز و شتاب حاصل از آن (وساير مولفه‌هاي شتاب ايجاد شده)، سرعت مولفه ديگري علاوه بر  مي‌يابد:    كه تابع r  شعاع انحنا مارپيچ نيز هست. اين مولفه جديد سرعت ،  ميل دارد حركت چرخشي (Spiral)  به سيال بدهد، يعني سيال همزمان كه در طول لوله به جلو مي‌رود، حول خط مركزي لوله دوران هم مي‌كند اما عليرغم ميلش هميشه موفق به اين كار نمي‌شود. بنابراين نيروي گريز از مركز عامل توسعه يافته نشدن  جريان نخواهد بود بلكه در زماني كه بيشترين اثر را بر روي رژيم جريان بگذارد، آن را به سمت ناپايداري مي‌برد (تا پايداري جريان مصادف است با آشفته شدن آن) و حركتي گردشي به سيال مي‌دهد و بهر حال ، وجود نيروي  گريز از مركز با اينكه  جريان در نيم دور اول كويل كاملا توسعه يافته شود، هيچ منافاتي باهم ندارد.

باز هم اين سوال باقي مي‌ماند كه دليل افزايش h چيست؟ مي‌دانيم كه ضريب انتقال حرارت در جريان آشفته(Turbulent)  و نيز جريان آشوبناك (Chaotic) ، بيش از ضريب انتقال حرارت در جريان آرام است، پس هر ابزاري كه كمك كندجريان به سمت آشفته شدن يا آشوبناك شدن پيش رود باعث افزايش ضريب انتقال حرارت جابجايي مي‌شود، خواه در مورد جريان در داخل لوله و خواه در مورد جريان بر روي لوله . وقتي لوله را بصورت مارپيچ در مي‌آوريم با افزودن يك مولفه سرعت كه مي‌تواند پايداري جريان را در معرض خطر قرار دهد،جريان بسمت آشفته شدن پيش برده و باعث افزايش h شده‌ايم. اينكه كويل ما بصورت افقي يا قائم قرار گيرد نيز بر روي ضريب انتقال حرارت جابجايي ما موثر است بخصوص در سمت خارج لوله چون انتقال حرارت باعث تغيير چگالي سيال و ايجاد يك حركت انتقالي در اثر نيروي ارشميدس مي‌شود كه اين حركت اگر تقويت شده، به سمت توربولان شدن پيش ميرود و يا روي حركت كلي جريان تاثير گذاشته، انرا به سمت توربولان شدن پيش برد، باعث افزايش ضريب انتقال حرارت جابجايي (h) مي‌شود.

بحث ديگري كه امروزه به منظور افزايش h بر همين مبنا مطرح است بحث استفاده از مبدل‌هاي حرارتي آشوبناك است. به اين معني كه براي افزايش ضريب انتقال حرارت و غالبا در كويلها، جريان را آشوبناك مي‌كنند. عقيده اين گروه بر اين است كه توربولان (آشفتگي) حالتي خاص از پديده آشوب Chaos است و نيز در اين جريان ميزان تلفات انري بالاست. آنچه مسلم است و تجربه نيز گواه آن، اينست كه بروز هر دو پدرده (آشفتگي و آشوبناكي) در جريان سيال باعث افزايش ضريب انتقال حرارت جابجايي مي‌شود.

 نماي لايه مرزي آرام و آشفته

 

نكات كليدي :

1- ضخامت لايه مرزي به تدريج در طول لوله افزايش مي‌يابد و بعد از به هم پيوستن لايه هاي مرزي اطراف لوله جريان كاملا توسعه يافته مي‌شود. هرچند بصورت نظري، نزديك شدن به نمودار توزيع سرعت كاملا توسعه يافته به شكل مجانبي است و تعيين محلي معين و دقيق كه در آنجا جريان در مجرا كاملا توسعه يافته است، غير ممكن مي‌باشد. با اينحال براي تمام كاربردهاي عملي طول ورودي هيدروديناميكي محدود است.

 

2- به فاصله‌اي كه در طي آن سرعت كاملا توسعه يافته مي‌شود طول ورودي هيدروديناميكي ميگويند.

 

3- به فاصله‌اي كه در طي آن نمودار توزيع دما كاملا توسعه يافته مي‌شود طول ورودي گرما ميگويند.



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390
Superfluid

Superfluidity is a phase of matter characterised by the complete absence of viscosity. Thus superfluids, placed in a closed loop, can flow endlessly without friction. Superfluidity was discovered by Pyotr Leonidovich Kapitsa, John F. Allen, and Don Misener in 1937. The study of superfluidity is quantum hydrodynamics.

The superfluid transition is displayed by quantum liquids below a characteristic transition temperature. Helium-4, the most abundant isotope of helium, becomes superfluid at temperatures below 2.17 K (−270.98 °C). The less abundant isotope helium-3 becomes superfluid at a much lower temperature of 2.6 mK, only a few thousandths of a kelvin above absolute zero.

Although the phenomenology of superfluidity in these two systems is very similar, the nature of the two superfluid transitions is very different. Helium-4 atoms are bosons, and their superfluidity can be understood in terms of the Bose statistics that they obey. Specifically, the superfluidity of helium-4 can be regarded as a consequence of Bose-Einstein condensation in an interacting system. On the other hand, helium-3 atoms are fermions, and the superfluid transition in this system is described by a generalisation of the BCS theory of superconductivity. In it, Cooper pairing takes place between atoms rather than electrons, and the attractive interaction between them is mediated by spin fluctuations rather than phonons. See fermion condensate. A unified description of superconductivity and superfluidity is possible in terms of gauge symmetry breaking.

Superfluids, such as supercooled helium-4, exhibit many unusual properties. A superfluid acts as if it is a mixture between a normal component, with all the properties associated with normal fluid, and a superfluid component. The superfluid component has zero viscosity, zero entropy, and infinite thermal conductivity. (It is thus impossible to set up a temperature gradient in a superfluid, much as it is impossible to set up a voltage difference in a superconductor.) One of the most spectacular results of these properties is known as the fountain effect. If a capillary tube is placed in a bath of superfluid helium, if the tube is heated (even by shining a light on it), the superfluid helium will flow up through the tube and out the top. (This is a result of the Clausius-Clapeyron relation.) A second unusual effect is that superfluid helium can form a layer, a single atom thick, up the sides of any container it is placed in.

Properties of Superfluids

Superfluids all have the unique quality that all their atoms are in the same quantum state. This means they all have the same momentum, and if one moves, they all move. This allows superfluids to move without friction through the tiniest of cracks, and superfluid helium will even flow up the sides of a jar and over the top. This apparant defiance of gravity comes from a special type of surface wave present in superfluid helium, which in effect pushes this extremely thin film up the sides of the container. It was discovered in 1962 by Tisza, who named the phenomenon third sound. Another unusual result of third sound is the fountain effect, where superfluid excited by photons will form a fountain vertically upward off of its surface.

Superfluids also have an amazingly high thermal conductivity. When heat is introduced to a normal system, it diffuses through the system slowly. In a superfluid, heat is transmitted so fast that thermal waves become possible. This fourth kind of wave found in superfluids is called second sound, quite improperly becuase they involve no pressure variations.

Despite these strange wave properties, superfluids can also transmit normal pressure (sound) waves. Scientists were perplexed by these strange occurences along with rather normal ones, so they came up with a two-fluid model to describe superfluids. Landau and Tisza came up with the theory independently in 1941 and 1940. They postulated that superfluids consist of a percentage of atoms in the same quantum state and functioning as a single entity, and a percentage in the normal, varying quantum states. The amount of normal atoms goes down as absolute zero is approached. This theory worked beautifully to explain most superfluid phenomenon, but physicists are still adding to it today as they discover new properties.

Another unusual phenomenon within superfluids is their ability to quantize vortices. If you spin a bucket full of water, a whirlpool like pattern will occur (called a vortice), with the water at the center moving slowly and gradually speeding up as you move out from the center. In a superfluid, many minute vortices occur. The number of vortices is proportional to h/m, where h is Planck's constant and m is the mass of one atom. Quantized vortices are of great interest to the further study of quantum fluids, and they turn out to be theoretically similar to flux lines in superconductors.

Phase diagram of superfluid He-4 (from J.C.Davis Group, Cornell)

Superfluid Helium

Helium is the only gas that makes a good superfluid because it has such weak intermolecular forces. Superfluidity was first demonstrated in Helium-4 in 1962 by Landau. Helium condenses to a liquid at 4.2 K, and turns into a superfluid at 2.17 K. The point at which it becomes superfluid is called the critical point, or lambda point, becaue its specific heat graph looks kind of like a lambda. The point is characterized by a jump in specific heat, and an discontinuity in its density graph.

Quantized vortices and second and third sound were discovered first in Helium 4. Helium 4 was good to work with because it was fairly easy to cool to its lambda point, and it was easy to come by. Helium 3 was thought by some physicists to work, but it was so rare that a pure sample was way to expensive in the quantities needed to study vortices and other effects. Besides, Helium 3's lambda point was much lower.

In the forties and fifties, helium-3 became fairly common because it was a major by-product of nuclear weapons production. Interest in helium-3 was sparked, but no one was able to cool it enough to see any superfluid properties. Finally, in 1996, David M. Lee and Robert C. Richardson of Cornell University, and Douglas D. Osheroff of Stanford University, cooled Helium 3 enough to turn it into a superfluid. The temperature they cooled it to was 2 mK, one thousand times colder than Helium 4's lambda point. They figured that Helium-3 had to pair up so that the pairs became bosons, and in order to form these pairs the atoms had to be moving very slow. Once the helium-3 pairs were bosons, they system could exhibit Bose-Einstein properties and assume the same quantum state, thereby becoming a superfluid.

 

Superfluid Research

After the 1996 Nobel Prize in Physics went to a group of scientists for discovering superfluidity in Helium3, numerous superfluid experiments were started around the globe. Before then, experiments were few and far between, because there wasn't much more that scientists could learn from Helium4. Helium3 opened up a whole new perspective on superfluidity. In 1995, a group of physicists from the University of Colorado, Boulder created the first proper Bose-Einstein condensate from rubidium vapor. They got the 2001 Nobel Prize in Physics for their work, physicists elswhere are working towards condensing other alkali metal vapors to demonstrate Bose-Einstein statistics. Below are several superfluid and Bose-Einstein experiments which are currently underway or have been recently completed.

Critical currents, the maximum amount of current which can flow in a superconductor for it to keep its property of 0 resistance, are being studied by Flavio Pardo, Francisco De La Cruz, Peter L. Gammel, Ernst Bucher & David J. Bishop. The background of this webpage is actually a computerized image from their research of current vortices in a superconductor near critical current.

Dr. Horst Meyer of Duke University is collaborating with several other physicists from California in sevaral superfluid experiments, including research in mixtures of He3 and He4, heat transport in He4, equilibrium dynamics near the critical point, and several others.

Rena Zieve of UC Davis is studying turbulence in superfluid helium.

A group from UC Berkeley is studying quantum interference in superfluid helium, as used in the SQUID device.

Russian scientists at the Max Planck Institute of Flow Research have proven that superfluid hydrogen could exists, but only under very special conditions. More research is underway.

The Jet Propulsion Laboratory (JPL) is conducting several experiments including:

Dr. Talso C. Chui - Heat Current, Q, Effects on the Superfluid Transition (QUEST)

Dr. Inseob Hahn - Measurement of the Coexistence Curve in 3He near the Liquid-Gas Critical Point in Microgravity

Dr. Melora E. Larson - Experiments Along Coexistence near Tricriticality (EXACT)

Dr. Yuanming Liu - Effects of Heat Current on the Superfluid Transition in a Low- Gravity Simulator

Dr. Fang Zhong - Measurements of the Thermal Conductivity near the Liquid-Vapor Critical Point of Helium-3 and Helium-4



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390
Turbocharger
موضوع : مکانیک

Turbocharger

 

A turbocharger is a compressor used in internal-combustion engines to increase the power output of the engine by increasing the mass of oxygen and fuel entering the engine. A key advantage of turbochargers is that they offer a considerable increase in engine power with only a slight increase in weight.

A disadvantage in gasoline engines is that the compression ratio should be lowered (so as not to exceed maximum compression pressure and to prevent engine knocking) which lowers engine efficiency when operating at low power. This disadvantage does not apply to specifically designed turbocharged diesel engines. However, for operation at altitude, the power recovery of a turbocharger makes a big difference to total power output of both engine types. This last factor makes turbocharging aircraft engines considerably advantageous—and was the original reason for development of the device.

Contents

1 Principle of operation

2 Design details

3 Reliability

4 Lag

5 Boost

6 Applications

 

 

Principle of operation

A turbocharger is an exhaust gas driven supercharger. All superchargers have a gas compressor in the intake tract of the engine which compresses the intake air above atmospheric pressure, greatly increasing the volumetric efficiency beyond that of naturally-aspirated engines. A turbocharger also has a turbine that powers the compressor using waste energy from the exhaust gases. Compressor and turbine have the same shaft, similar to a turbojet aircraft engine.

The term supercharger is very often used when referring to a mechanically driven supercharger, which is most often driven from the engine's crankshaft by means of a belt (otherwise, and in many aircraft engines, by a geartrain), whereas a turbocharger is exhaust-driven, the name turbocharger being a contraction of the earlier " turbo-supercharger"

The compressor increases the pressure of the air entering the engine, so a greater "charge" ( fuel/ air mixture) enters the engine in the same time interval (the increase in fuel is required to keep the mixture the same ratio). This greatly improves the volumetric efficiency of the engine.

The increase in pressure is called "boost" and is measured in pascals, bars or PSI. The energy from the extra fuel leads to more overall engine power. For example, at 100% efficiency a turbocharger providing 100 kPa (1 bar or 14.7 PSI) of boost would effectively double the power of the engine. However, there are some parasitic losses due to heat and exhaust backpressure from the turbine, so turbochargers are generally only about 80% efficient because it takes some work for the engine to push those gases through the turbocharger turbine (which is acting as a restriction in the exhaust).

For automobile use, normal maximum boost pressure is 80 kPa (0.8 bar), but it can be much more. Because it is a centrifugal pump, a typical turbocharger, depending on design, will only start to deliver boost from about 2500 engine rpm (1800 in automotive turbo-diesel engines), while a supercharger will supply some boost at most engine speeds.

A main disadvantage of high boost pressures for internal combustion engines is that compressing the inlet air increases its temperature. This increase in charge temperature is a limiting factor for petrol engines that can only tolerate a limited increase in charge temperature before pre-ignition occurs. The higher temperature is a volumetric efficiency downgrade for both types of engine. The pumping-effect heating can be alleviated by intercooling or aftercooling, or both.

Design details

When a gas is compressed, its temperature rises. It is not uncommon for a turbocharger to be pushing out air that is 90 ° C (200° F). Compressed air from a turbo may be (and most commonly is) cooled before it is fed into the cylinders, using an intercooler or a charge air cooler (a heat-exchange device).

A turbo spins very fast—10,000 to 150,000 rpm depending on size (using low inertia turbos, 190,000 rpm), weight of the rotating parts, boost pressure developed and compressor design. Such high rotation speeds would cause problems for standard ball bearings leading to failure in a turbo. Most turbo-chargers use a fluid bearing. This is a flowing layer of oil that suspends and cools the moving parts. The oil is usually taken from the engine-oil circuit and usually needs to be cooled by an oil cooler before it circulates through the engine. Some turbochargers use incredibly precise ball bearings that offer less friction than a fluid bearing but these are also suspended in fluid-dampened cavities. Lower friction means the turbo shaft can be made of lighter materials, reducing so-called turbo lag or boost lag. Some car makers use water cooled turbochargers for added bearing life.

Turbochargers with foil bearings are in development (see picture above). This design eliminates the need for bearing cooling or oil delivery systems.

To reduce the possibility of damage to the engine and to also reduce the amount of time required for the turbo to spool-up and increase the boost after the quick increase in throttle opening, turbocharged engines are usually equipped with a blowoff valve or a bypass valve. This allows the upper-deck air pressure to be maintained within limits that ensure engine efficiency without danger.

To manage the upper-deck air pressure the turbocharger's exhaust gas flow is regulated with a wastegate that bypasses excess exhaust gas entering the turbocharger's turbine. This regulates the rotational speed of the turbine and the output of the compressor. The wastegate is opened and closed by an electromagnetic coil or oil pressure that is regulated by pressure of the compressed air from turbo (the upper-deck pressure) through some form of Automatic Performance Control or the engine's electronic control unit.

Reliability

As long as the oil supply is clean and the exhaust gas does not get too hot (ultra-lean mixtures) a turbocharger can be very reliable but care of the unit is important. Replacing a turbo that lets go and sheds its blades will be expensive. The use of synthetic oils is recomended in turbo engines.

After high speed operation of the engine it is important to let the engine run at idle speed for two to three minutes before switching off. Saab, in its owner manuals, recommends only 30 seconds. This lets the turbo rotating assembly run down in speed and cool from the lower gas temperatures in both the exhaust and the intake tracts. Not doing this will also result in the critical oil supply to the turbocharger being severed when the engine stops while the turbine is still turning at high speed, leading to coking (burning) of the lubricating oil trapped in the unit and, later, failure of the supply of oil when the engine is next started causing rapid bearing wear and failure. Even small particles of burnt oil will accumulate and lead to choking the oil supply and failure. A turbo timer is a device designed to keep an automotive engine running for a pre-specified period of time, in order to execute this cool-down period automatically.

Diesel engines are much kinder to turbos because their exhaust gas temperature is much lower than that of gasoline engines and because most operators allow the engine to idle and do not switch it off immediately after heavy loading.

Lag

A lag is sometimes felt by the driver of a turbocharged vehicle as a delay between pushing on the accelerator pedal and feeling the turbo kick-in. This is symptomatic of the time taken for the exhaust system driving the turbine to come to high pressure and for the turbine rotor to overcome its rotational inertia and reach the speed necessary to supply boost pressure. The directly-driven compressor in a supercharger does not suffer this problem. Conversely on light loads or at low RPM a turbocharger supplies less boost and the engine is more efficient than a supercharged engine.

Lag can be reduced by reducing the rotational inertia of the turbine, for example by using lighter parts to allow the spin-up to happen more quickly. Ceramic turbines are a big help in this direction. Another way to reduce lag is to change the aspect ratio of the turbine by reducing the diameter and increasing the gas-flow path-length. Increasing the upper-deck air pressure and improving the wastegate response help but there are cost increases and reliability disadvantages that car manufacturers are not happy about. Lag is also reduced by using a precision bearing rather than a fluid bearing, this reduces friction rather than rotational inertia but contributes to faster acceleration of the turbo's rotating assembly.

Another common method of equalizing turbo lag, is to have the turbine wheel "clipped", or to reduce the surface area of the turbine wheel's rotating blades. By clipping a minute portion off of the tip of each blade of the turbine wheel, less restriction is imposed upon the escaping exhaust gases. This imparts less impedance onto the flow of exhaust gasses at low RPM, allowing the vehicle to retain more of its low-end torque, but also pushes the effective boost RPM to a slightly higher level. The amount a turbine wheel is and can be clipped is highly application-specific. Turbine clipping is measured and specified in degrees.

Other setups, most notably in V-type engines, utilize two identically-sized but smaller turbos, each fed by a separate set of exhaust streams from the engine. The two smaller turbos produce the same (or more) aggregate amount of boost as a larger single turbo, but since they are smaller they reach their optimal RPM, and thus optimal boost delivery, faster. Such an arrangement of turbos is typically referred to as a "twin turbo" setup.

Some car makers combat lag by using two small turbos (like Toyota, Maserati, Mazda, and Audi). A typical arrangement for this is to have one turbo active across the entire rev range of the engine and one coming on-line at higher RPM. Early designs would have the smaller turbocharger active up to a certain RPM limit, after which the exhaust gases were shunted away from the small turbo to the larger one. Being individually smaller they do not suffer from excessive lag and having the second turbo operating at a higher RPM range allows it to get to full rotational speed before it is required. Such small/large combinations are referred to as "sequential turbos". Sequential turbochargers are usually much more complicated than single or twin-turbocharger systems because they require what amount to three sets of pipes-intake and wastegate pipes for the two turbochargers as well as valves to control the direction of the exhaust gases.

Lag is not to be confused with the turbo spooling up, however many publications still make this basic mistake. The spool-up time of a turbo system describes the minimum turbo RPM at which the turbo is physically able to supply the requested boost level. Newer turbocharger and engine developments have caused spool-times to steadily decline to where day-to-day use feels perfectly natural. Putting your foot down at 1200 engine rpm and having no boost until 2000 rpm is spool-up and not lag.

For racing the motor avoids <2000rpm and therefore spool-up. A variable geometry avoids variable rpm for the rotor and therefor lag.

Boost

Boost refers to the increased manifold pressure that is generated by the intake side turbine. This is limited to prevent detonation by controlling the wastegate which shunts the exhaust gasses away from the exhaust side turbine

Applications

Turbocharging is very common on Diesel engines in conventional automobiles, in trucks, for marine and heavy machinery applications. In fact, for current automotive applications, non-turbocharged diesel engines are becoming increasingly rare. Diesels are particularly suitable for turbocharging for several reasons:

  • Naturally-aspirated diesels have lower power-to-weight ratios compared to gasoline engines, turbocharging will improve this P:W ratio.
  • Diesel engines require more robust construction because they already run at very high compression ratio and at high temperatures so they generally require little additional reinforcement to be able to cope with the addition of the turbocharger. Gasoline engines often require extensive modification for turbocharging.
  • Diesel engines have a narrower band of engine speeds at which they operate, thus making the operating characteristics of the turbocharger over that "rev range" less of a compromise than on a gasoline-powered engine.

The first production turbocharged engines came from General Motors. The A-body Oldsmobile Cutlass and Chevrolet Corvair were both fitted with turbochargers in 1962. The Oldsmobile is often recognized as the first, since it came out a few months earlier than the Corvair. Its Turbo Jetfire was a 215 in³ (3.5 L) V8, while the Corvair engine was a 140 in³ (2.3 L) flat-6. Both of these engines were abandoned within a few years, and GM's next turbo engine came more than two decades later.

Today, turbocharging is most commonly used on two types of engines: Gasoline engines in high-performance automobiles and Diesel engines in work trucks. Small cars in particular benefit from this technology, as there is often little room to fit a larger-output (and physically larger) engine. Saab has been the leading car maker using turbo chargers in production cars, starting with the 1978 Saab 99. The Porsche 944 utilized a turbo unit in the 944 Turbo (Porsche internal model number 951), to great advantage, bringing its 0-100 speeds very close to its contemporary non-turbo big brother, the Porsche 928. Contemporary examples of turbocharged performance cars include the Subaru Impreza WRX, Mazda RX-7, Mitsubishi Lancer Evolution, and the Porsche 911 Turbo.

In Formula 1, in the so called "Turbo Era", engines with a capacity of 1500 cc could achieve 1500 to 1800 hp (1100 to 1350 kW) ( Renault, Honda, BMW).

Small car turbos are increasingly being used as the basis for small jet engines used for flying model aircraft—though the conversion is a highly specialised job—one not without its dangers.

Turbochargers were first used on aircraft towards the end of World War II. The primary purpose behind most aircraft-based applications was to increase the altitude at which the airplane can fly, by compensating for the lower atmospheric pressure present at high altitude. The widespread development of turbochargers for piston-engined aircraft was foiled by the problem of how to design an turbine that could wistand the high temperatures and centripetal forces present, similar to a jet turbine. Lacking the metallurgical knowledge to make one, most piston-engined fighter planes used in World War II used superchargers for better high-altitude performance, as they operated at a much lower temperature that turbochargers did. The RAF's Supermarine Spitfire is a notable examble, which used a supercharged Rolls Royce Merlin.

Most modern turbocharged aircraft use an adjustable wastegate. The wastegate is controlled manually, or, as is becoming more and more common, by a flight computer. In the interests of engine longevity, the wastegate is usually kept open, or nearly so, at sea-level to keep from overboosting the engine. As the aircraft climbs, the wastegate is gradually closed, maintaining the manifold pressure at sea-level. Unlike in automotive applications, aircraft turbochargers do not overboost the engine, (there are exceptions to everything) but rather compress ambient air to sea-level pressure. For this reason, turbocharged aircraft are sometimes refered to as being turbo-normalised.

wikepedi.org



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

نرم­افزار PDMS

نرم­افزار PDMS محصول شرکت AVEVA ،در زمره کارآمدترین و با قابلیترین نرم­افزارهای مدلسازی صنایع نفت، گاز و پتروشیمی در دنیا می­باشد که در اکثریت کشورها به عنوان اولین انتخاب در مقایسه با نرم­افزارهای مشابه مورد استفاده قرار می­گیرد. همانطور که از نام واژه ترکیبی این نرم­افزار پیداست، این برنامه قابلیت طراحی و مدلسازی را از یکسو و قابلیت مدیریت یک سایت را تا بالاترین حد آن از سوی دیگر داراست.
توانایی بالای نرم­افزار در فاز مدلینگ سبب انتخاب نرم­افزار اول دنیا در این صنعت گردیده و کاربر بدون نیاز به نرم­افزار دیگر، قادر به طراحی و مدلسازی یک واحد Plant می باشد .
از آنجا که این نرم­افزار در قسمت مربوط به Database بسیار قوی و با دقت طراحی شده است چنانچه یک پروژه با ساختار مناسب و توسط فرد آشنا به این نرم­افزار در ابتدا ایجاد گردد، تا انتهایپروژه کوچکترین دغدغه­ای ای بابت از دست رفتن اطلاعات یا خرابی آنها وجود ندارد.
از جمله نکات مثبت این نرم­افزار قابلیت همخوانی و ارسال و دریافت فایلها جهت هماهنگی با نرم­افزارهای متداول و رایج علم مهندسی می­باشد. چنانچه قابلیت همخواني فایلهای مدلسازی شده در Microstation را داراست و با زبان Visual basic می­توان برای این نرم­افزار برنامه­نویسی نمود، قابلیت خروجی انواع گزارشها با فرمت Excel , Word را دارد و همچنین مي توان نقشه­هاي خروجي را با فرمت PLT , DXF , DWG به اتوکد منتقل نمود.
به طور کلی و جهت آشنایی شما بامهمترين محیطهای نرم­افزار و کارآیی آنها به شرح مختصر و عملکرد محیطهای می­پردازیم.
1)DESIGN
جهت مدلسازی یک واحد فرآیندی ازابتدا تا انتها با دقیقترین و کاملترین جزئیات بکار می­رود در این قسمت بخشهای مختلف واحدهای مهندسی مانند مکانیک، سازه، معماری، عمران و برق و ... با توجه به شرح وظایف خود واحدها را مدلسازی می­نمایند. از جمله مهمترین مواردیکه در ماژول Design می­توان چک نمود، مدلسازی کل Plant، چک کردن برخورداجزاء مختلف، مشاهده آخرین عملیات انجام شده کاربران، گرفتن گزارشها از مدل و مشاهده نمای کلی plant می باشد.

2)ADMIN
جهت تعریف پروژه، ایجاد بانکهای اطلاعاتی، تعریف کاربران، ایجاد محدوده کاری برای هر کاربر، تعریفpassword و مدیریت کلی datase و نرم­افزار بکار می­رود. انتظار می­رود کهadmin یک پروژه بر کلیه قسمتهای مختلفpdms تسلط کافی داشته و توانایی رفع مشکلات کاربران دیگر را داشته باشد

3)PARAGON , SPECON
جهت تعریف PIPING CLASS های پروژه در بخش لوله كشي و ایجاد کاتالوگهای مورد نیاز بخشهای, Piping Instrument . Structure وساير بخشها بکارمی­رود. به طور کلی المانهایی که توسط واحدهاي مختلف در محیط Design ایجاد می­گردند در ابتدا توسط نفر متخصصی در محیط Paragon یا Specon براساس استانداردهاي طراحي و جداول و داده­های پروژه وارد نرم­افزار شده­اند.

4)ISODRAFT
برای تهیه نقشه ایزومتریک که از مدارک خروجی Piping می­باشدو از فاز مدلینگ پروژه استخراج مي شود بکار می­رود. نقشه­های خروجی با نرم­افزار اتوکد قابل رویت می­باشد و در قسمت اجرایی سایت بکار می­رود.دراين ماژول تنظيمات كلي در جهت خروجي نقشه ها وسايز بندي آنها ومديريت برروي چگونگي فايل خروجي تعريف مي شود

5)DRAFT
جهت تهیه نماهای مختلف و نقشه­های Plan جهت قرارگیری موقعیت تجهیزات و لوله­ها یا سایر المانهای موجود در Plant بکار می­رود و در زمره مدارک خروجی PDMS می­باشد که قابل تبدیل و باز شدن به فایلهای اتوکد می­باشد و در فاز ساخت پروژه­ها کاربرد فراوانی دارد.
دراين ماژول تنظيمات كلي در جهت چگونگي خروجي نقشه ها وسايز بندي آنها ومديريت برروي فايلهاي خروجي از قبيل رنگ, سايز, فونت, محل ذخيره سازياطلاعات, اندازه گذاريها, ايجاد TAG بر روي تجهيزات وديگر تنظيمات تعريف مي شود.

6)SPOOLER
جهت تقسیم­بندی خطوط Isometric در Shop و در فاز ساخت پروژه کاربرد دارد.

بطور كلي نرم افزار PDMS قابليت تعريف يك پروژه در بالاترين سطح ممكن مديريت پروژه, مدلسازي كامل واحد فراينديدر تمامي بخشهاوخروجي فايل بصورت انواع گزارشگيريها, نقشه ها ومدلهاي سه بعدي را داراست.

 



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

 

مقدمه ای بر سیستم های هیدرولیک
مروزه در بسياري از فرآيندهاي صنعتي ، انتقال قدرت آن هم به صورت کم هزينه و با دقت زياد مورد نظر است در همين راستا بکارگيري سيال تحت فشار در انتقال و کنترل قدرت در تمام شاخه هاي صنعت رو به گسترش است. استفاده از قدرت سيال به دو شاخه مهم هيدروليک و نيوماتيک ( که جديدتر است ) تقسيم ميشود .
از نيوماتيک در مواردي که نيروهاي نسبتا پايين (حدود يک تن) و سرعت هاي حرکتي بالا مورد نياز باشد (مانند سيستمهايي که در قسمتهاي محرک رباتها بکار مي روند) استفاده ميکنند در صورتيکه کاربردهاي سيستمهاي هيدروليک عمدتا در مواردي است که قدرتهاي بالا و سرعت هاي کنترل شده دقيق مورد نظر باشد(مانند جک هاي هيدروليک ، ترمز و فرمان هيدروليک و...).
حال اين سوال پيش ميايد که مزاياي يک سيستم هيدروليک يا نيوماتيک نسبت به ساير سيستمهاي مکانيکي يا الکتريکي چيست؟در جواب مي توان به موارد زير اشاره کرد:

1.طراحي ساده 2.قابليت افزايش نيرو 3. سادگي و دقت کنترل
4. انعطاف پذيري 5. راندمان بالا 6.اطمينان
در سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک نسبت به ساير سيستمهاي مکانيکي قطعات محرک کمتري وجود دارد و ميتوان در هر نقطه به حرکتهاي خطي يا دوراني با قدرت بالا و کنترل مناسب دست يافت ، چون انتقال قدرت توسط جريان سيال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شيلنگ ها) صورت ميگيرد ولي در سيستمهاي مکانيکي ديگر براي انتقال قدرت از اجزايي مانند بادامک ، چرخ دنده ، گاردان ، اهرم ، کلاچ و... استفاده ميکنند.
در اين سيستمها ميتوان با اعمال نيروي کم به نيروي بالا و دقيق دست يافت همچنين ميتوان نيرو هاي بزرگ خروجي را با اعمال نيروي کمي (مانند بازو بسته کردن شيرها و ...) کنترل نمود.
استفاده از شيلنگ هاي انعطاف پذير ، سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک را به سيستمهاي انعطاف پذيري تبديل ميکند که در آنها از محدوديتهاي مکاني که براي نصب سيستمهاي ديگر به چشم مي خورد خبري نيست. سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک به خاطر اصطکاک کم و هزينه پايين از راندمان بالايي برخوردار هستند همچنين با استفاده از شيرهاي اطمينان و سوئيچهاي فشاري و حرارتي ميتوان سيستمي مقاوم در برابر بارهاي ناگهاني ، حرارت يا فشار بيش از حد ساخت که نشان از اطمينان بالاي اين سيستمها دارد.
اکنون که به مزاياي سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک پي برديم به توضيح ساده اي در مورد طرز کار اين سيستمها خواهيم پرداخت.

براي انتقال قدرت به يک سيال تحت فشار (تراکم پذير يا تراکم ناپذير) احتياج داريم که توسط پمپ هاي هيدروليک ميتوان نيروي مکانيکي را تبديل به قدرت سيال تحت فشار نمود. مرحله بعد انتقال نيرو به نقطه دلخواه است که اين وظيفه را لوله ها، شيلنگ ها و بست ها به عهده ميگيرند .
بعد از کنترل فشار و تعيين جهت جريان توسط شيرها سيال تحت فشار به سمت عملگرها (سيلندرها يا موتور هاي هيدروليک ) هدايت ميشوند تا قدرت سيال به نيروي مکانيکي مورد نياز(به صورت خطي يا دوراني ) تبديل شود.
اساس کار تمام سيستم هاي هيدروليکي و نيوماتيکي بر قانون پاسکال استوار است.

قانون پاسکال:
1.فشار سرتاسر سيال در حال سکون يکسان است .(با صرف نظر از وزن سيال)
2.در هر لحظه فشار استاتيکي در تمام جهات يکسان است.
3.فشار سيال در تماس با سطوح بصورت عمودي وارد ميگردد.
همانطور که در شکل 1 مي بينيد يک نيروي ورودي نيوتني ميتواند نيروي مورد نياز چهار سيلندر ديگر را تامين کند.

شکل (1)

يا در شکل 2 داريم :

شکل (2)
کار سيستمهاي نيوماتيک مشابه سيستم هاي هيدروليک است فقط در آن به جاي سيال تراکم ناپذير مانند روغن از سيال تراکم پذير مانند هوا استفاده مي کنند . در سيستمهاي نيوماتيک براي دست يافتن به يک سيال پرفشار ، هوا را توسط يک کمپرسور فشرده کرده تا به فشار دلخواه برسد سپس آنرا در يک مخزن ذخيره مي کنند، البته دماي هوا پس از فشرده شدن بشدت بالا ميرود که مي تواند به قطعات سيستم آسيب برساند لذا هواي فشرده قبل از هدايت به خطوط انتقال قدرت بايد خنک شود. به دليل وجود بخار آب در هواي فشرده و پديده ميعان در فرايند خنک سازي بايد از يک واحد بهينه سازي براي خشک کردن هواي پر فشار استفاده کرد.
اکنون بعد از آشنايي مختصر با طرز کار سيستمهاي هيدروليکي و نيوماتيکي به معرفي اجزاي يک سيستم هيدروليکي و نيوماتيکي مي پردازيم.

اجزاي تشکيل دهنده سيستم هاي هيدروليکي:
1- مخزن : جهت نگهداري سيال
2- پمپ : جهت به جريان انداختن سيال در سيستم که توسط الکترو موتور يا 3- موتور هاي احتراق داخلي به کار انداخته مي شوند.
4- شيرها : براي کنترل فشار ، جريان و جهت حرکت سيال
5- عملگرها : جهت تبديل انرژي سيال تحت فشار به نيروي مکانيکي مولد کار(سيلندرهاي هيدروليک براي ايجاد حرکت خطي و موتور هاي هيدروليک براي ايجاد حرکت دوراني).
شکل 3 يک سيستم هيدروليکي را نشان ميدهد.

شکل(3)

اجزاي تشکيل دهنده سيستم هاي نيوماتيکي:
1- کمپرسور
2- خنک کننده و خشک کننده هواي تحت فشار
3- مخزن ذخيره هواي تحت فشار
4- شيرهاي کنترل
5- عملگرها
شکل 4 يک سيستم نيوماتيکي را نشان ميدهد.

شکل (4)

يک مقايسه کلي بين سيستمهاي هيدروليک و نيوماتيک:

1- در سيستمهاي نيوماتيک از سيال تراکم پذير مثل هوا و در سيستمهاي هيدروليک از سيال تراکم ناپذير مثل روغن استفاده مي کنند.
2- در سيستمهاي هيدروليک روغن علاوه بر انتقال قدرت وظيفه روغن کاري قطعات داخلي سيستم را نيز بر عهده دارد ولي در نيوماتيک علاوه بر روغن کاري قطعات، بايد رطوبت موجود در هوا را نيز از بين برد ولي در هر دو سيستم سيال بايد عاري از هر گونه گرد و غبار و نا خالصي باشد


ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

 

كاويتاسيون در پمپ هاي سانتريفوژ
عملكرد پمپهاي سانتريفوژ در حالت بحراني مي تواند موجب اختلال سيستمهاي مربوطه شود. از جمله اين سيستمها نيروگاههاي حرارتي و صنايع پتروشيمي است. در بعضي مواقع تعيين علت دقيق عملكرد ناپايدار پمپ ممكن نيست. جريان توربولان و يا شرايط غير عادي جريان مي تواند موجب لرزشهاي شديد و خارج شدن پمپ از مدار شود. يكي از دلايل اوليه لرزشهاي پمپ سانتريفوژ كاويتاسيون است. در اين حالت در اثر كاهش فشار مايع و تبخير صورت گرفته در سمت مكش پروانه توده هاي حباب توليد و به خروجي پروانه جهت تخليه ارسال مي شوند. در اثر افزايش فشار، حبابهاي توليد شده فشرده مي شوند فشرده شدن حبابها همراه با صدا (مشابه صداي ضربه به بادكنك) و ايجاد لرزش مي شود.
توليد حباب در پروانه وقتي رخ مي دهد كه NPSH موجود مكش پمپ كمتر از NPSH لازم پمپ شود. اين امر مي تواند به علت وجود مانع در مسير مكش، وجود زانوئي در فاصله نزديك ورودي پمپ و يا شرايط غير عادي بهره برداري مي باشد. عواملي مانند افزايش دما و يا كاهش فشار در سمت مكش نيز مي تواند شرايط فوق را ايجاد كند. البته انتخاب پمپ براي سيستمهايي كه در دبي هاي متفاوت و سرعت متغير كار مي كنند بايستي با دقت صورت گيرد تا از پديده كاويتاسيون جلوگيري گردد. با توجه به ملاحظه مراجع مختلف لرزش پمپ ها معلوم شده است يك عامل رايج اين لرزشها پديده كاويتاسيون است و مي تواند مخرب نيز باشد.
چنانچه آب به بخار تبديل شود حجم آن مي تواند تا 50000 برابر افزايش يابد كه موجب تخليه پروانه از آب گردد خسارات پمپ در اثر كاويتاسيون شامل خوردگي پره ها در منطقه ضربه حباب و آسيب ديدگي ياتاقانها باشد.
بعضي نتايج نشان مي دهد، ارتعاشات مربوط به كاويتاسيون در فركانسهاي بالاي 2000 هرتز توليد يك پيك با طيف پهن مي نمايد. گزارش ديگر اثر كاويتاسيون بر فركانس پاساژ پره (تعداد پره ضربدر فركانس دوران محور) را شرح مي دهد و ديگري اثر دامنه ارتعاشي پيك را در سرعت محور نشان مي دهد. البته دليل تفاوت در فركانسهاي فوق كه از طرف متخصصين مختلف پمپ ارائه شده تفاوت در طراحي پمپ، نصب و بهره برداري آن مي باشد. حتي اخيرا" لرزش در اثر كاويتاسيون با ظهورPeak با فركانس 60 % دور روتور در طيف مشاهده شده است كه اين در اثر تشديد فركانس طبيعي پوسته پمپ در اثر برخورد حبابها با آن بوده است. مشخصه ديگر كاويتاسيون تغييرات و نوسان فشار خروجي پمپ است. يك روش سريع جلوگيري ازكاويتاسيون بستن آرام شيرخروجي وكاهش دبي پمپ است تاNPSH لازم كمتر از موجودشود. عملكرد پمپهاي سانتريفوژ در حالت بحراني مي تواند موجب اختلالسيستمهاي مربوطه شود. از جمله اين سيستمها نيروگاههاي حرارتي و صنايع پتروشيمي است. در بعضي مواقع تعيين علت دقيق عملكرد ناپايدار پمپ ممكن نيست. جريان توربولان و ياشرايط غير عادي جريان مي تواند موجب لرزشهاي شديد و خارج شدن پمپ از مدار شود. يكياز دلايل اوليه لرزشهاي پمپ سانتريفوژ كاويتاسيون است. در اين حالت در اثر كاهشفشار مايع و تبخير صورت گرفته در سمت مكش پروانه توده هاي حباب توليد و به خروجيپروانه جهت تخليه ارسال مي شوند. در اثر افزايش فشار، حبابهاي توليد شده فشرده ميشوند فشرده شدن حبابها همراه با صدا (مشابه صداي ضربه به بادكنك) و ايجاد لرزش ميشود.
توليد حباب در پروانه وقتي رخ مي دهد كه NPSH موجود مكش پمپكمتر از NPSH لازم پمپ شود. اين امر مي تواند به علت وجود مانع در مسير مكش، وجودزانوئي در فاصله نزديك ورودي پمپ و يا شرايط غير عادي بهره برداري مي باشد. عوامليمانند افزايش دما و يا كاهش فشار در سمت مكش نيز مي تواند شرايط فوق را ايجاد كند. البته انتخاب پمپ براي سيستمهايي كه در دبي هاي متفاوت و سرعت متغير كار مي كنندبايستي با دقت صورت گيرد تا از پديده كاويتاسيون جلوگيري گردد. با توجه به ملاحظهمراجع مختلف لرزش پمپ ها معلوم شده است يك عامل رايج اين لرزشها پديده كاويتاسيوناست و مي تواند مخرب نيز باشد.
چنانچه آب به بخار تبديل شود حجم آن مي تواند تا 50000برابر افزايش يابد كه موجب تخليه پروانه از آب گردد خسارات پمپ در اثر كاويتاسيونشامل خوردگي پره ها در منطقه ضربه حباب و آسيب ديدگي ياتاقانها باشد.
بعضي نتايج نشان مي دهد، ارتعاشات مربوط به كاويتاسيون در فركانسهاي بالاي 2000 هرتزتوليد يك پيك با طيف پهن مي نمايد. گزارش ديگر اثر كاويتاسيون بر فركانس پاساژ پره (تعداد پره ضربدر فركانس دوران محور) را شرح مي دهد و ديگري اثر دامنه ارتعاشي پيكرا در سرعت محور نشان مي دهد.


البته دليل تفاوت در فركانسهاي فوق كه از طرف متخصصين مختلف پمپارائه شده تفاوت در طراحي پمپ، نصب و بهره برداري آن مي باشد. حتي اخيرا" لرزش دراثر كاويتاسيون با ظهورPeak با فركانس 60 % دور روتور در طيف مشاهده شده است كه ايندر اثر تشديد فركانس طبيعي پوسته پمپ در اثر برخورد حبابها با آن بوده است. مشخصهديگر كاويتاسيون تغييرات و نوسان فشار خروجي پمپ است. يك روش سريع جلوگيريازكاويتاسيون بستن آرام شيرخروجي وكاهش دبي پمپ است تاNPSH لازم كمتر ازموجودشود.
 


ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

 

نمونه سازي سريع در تست تونل باد سرعت بالا

چكيده :
هم اكنون در عصري قرار داريم كه كيفيت، سرعت و قيمت نقش اساسي را در توليد مـحصولات ايفا مي كنند. ظهور فناوريهاي جديد توليد از جمله نمونه سازي سريع (Rapid Prototyping) فصل جديدي را در ساخت و توليد گشوده است. صنايع هوا فضا، خودرو سازي، لوازم خانگي و پزشكي در ساخت، آزمايش و بهينه سازي محصولات از اين روشها استفاده مي كنند. يكي ازكاربردهاي نمونه سازي سريع ((RP در صنايع هوا و فضا ساخت مدلهاي تست تونل باد است. از مدلهاي تست تونل باد كه با روشهاي RP ساخته مي شوند براي تعيين ضرائب آيروديناميكي استفاده مي كنند. در اين مقاله مقايسه اي بين روشهاي نمونه سازي سريع و مواد به كار رفته در نمونه ها با مدل فلزي جهت كاربرد در تست تونل باد براي تعيين ضرائب آيروديناميكي انجام شده است

http://sakhtolid4.persiangig.ir/1/F702.zip

 

منبع:

http://www.sakhtolid.ir

 



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

كنترل سريعتر با استفاده از سيالهاي هوشمند

چكيده :
سيستمهاي مواد هوشمند شبکه يکپارچه اي از محرکها و حسگرها هستند که در کنار قابليتهاي کنترل بي وقفه تاثير شگرفي در طراحي، توسعه و ساخت محصولات جديد در صنايع مختلف دارند. از جمله ي اين مواد سيالهاي الکترو رئولوژيک و مگنتورئولوژيک هستند که در اين مقاله به خصوصيات و کاربردهاي آنها پرداخته شده است. اگرچه اين دو سيال نزديک به پنجاه سال پيش کشف شدند ولي تکنولوژي سيستمهايي که بر پايه آنها بنا شده هنوز بسيار جوان و در ابتداي راه توسعه خود مي باشد. بنابراين اگر استفاده از تمام پتاسيل موجود در اينگونه سيالات مد نظر باشد، درک کاملي از مشخصات فيزيکي، شيميايي، مکانيکي، الکتريکي و ... آنها بايد حاصل شود.

 

http://sakhtolid4.persiangig.ir/1/F702.zip

 

منبع:
http://www.sakhtolid.ir



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

تحليل عددی ضريب انتقال حرارت جابجايی اجباری

تحليل عددی ضريب انتقال حرارت جابجايی اجباری در ناحيه ورودي يک کانال دو بعدي فين گذاري شده براي انتخاب يک مبدل حرارتي مناسب

چكيده :
در مقاله ارائه شده، جريان سيال آرام تراكم ناپذير، در يک كانال دو بعدي فين گذاري شده مورد تحليل قرار گرفته است. در حالت كاربردي اين موضوع در مبدلهاي حرارتي فشرده اتفاق مي افتد. در اين نوع مبدلها بدليل كوچك بودن مقاطع عبور جريان، عدد رينولدز در حد پايين بوده و لذا معمولا گراديانهاي عادي سرعت و دما به اندازه كافي بزرگ نمي باشند تا ضرايب انتقال حرارت مورد نظر براي اين نوع مبدلها را برآورده نمايد. نتايج بدست آمده حاكي از اين است كه با افزايش ارتفاع فين ها و همچنين كاهش فاصله ميان آنها ميزان انتقال حرارت و افت فشار افزايش مي يابد. بنابراين براي طراحي اينگونه مبدلها بايد شرايط بهينه مناسبي از نظر افزايش انتقال حرارت در مقابل افت فشار ايجاد شده، فراهم كرد.

دانلود مقاله



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390
( CES ) نيروگاههاي جديد حرارتي با سيستم انرژي پاك

در اين مقاله روش جديد كاهش يا حذف دي اكسيد كربن و ديگر آلاينده هاي نيروگاههاي حرارتي از طريق تزريق دود خروجي از دودكش به چاه و داشتن احتراق مناسب ارائه مي شود. پارامترهاي اساسي در اين روش عبارتند از :

    1-                جداسازي اكسيژن از هوا

    2-                سيستم مخلوط كردن اكسيژن و سوخت گازي در مولد بخار

    3-                سيستم كنترل دماي احتراق با تزريق آب

    4-                سيستم جداسازي دي اكسيد كربن در كندانسور

    5-                سيستم تزريق دي اكسيد كربن به چاه

براي يك نيروگاه حرارتي متداول (50 - 100 MW) هزينه اضافي انرژي جهت تزريق آلاينده ها به چاه  20-28% مي باشد. در سيستم انرژي پاك (CES) كه نيتروژن و گازهاي ديگر قبل از احتراق از هوا جدا مي شوند ميزان افزايش هزينه انرژي جهت جداسازي آلاينده هاي احتراق 3.4% است. سيستم انرژي پاك بر اساس احتراق سوخت هيدروكربن با اكسيژن در كوره مي باشد. در اين مطالعه هيدروكربن مورد نظر گاز طبيعي (متان) مي باشد كه مي تواند شامل سوخت زغالي گاز شده نيز باشد. سيال عامل حاوي 90% بخار و 10% دي اكسيد كربن در شرايط احتراق استويكومتريك مي باشد.

محصولات احتراق متان و اكسيژن H2O , CO2 پس از عبور از توربين به كندانسور هدايت مي شوند. در كندانسور CO2 به سادگي از آن جدا شده و بخار آب تقطير مي گردد. CO2 تقريبا" خالص به چاه تزريق شده و آب تقطير شده به سيكل برگشت داده مي شود. شاخصه سيستم انرژي پاك افزايش هزينه فقط بميزان 3.4% جهت جداسازي CO2 و فشردن آن (تا 20.7 MPa ) و تزريق به چاه مي باشد. در يك نيروگاه معمولي امكان جداسازي CO2 و NOx  وجودداردولي هزينه اضافي آن قابل رقابت با سيستم CES نميباشد.

سرمايه اوليه و جاري نيروگاه حرارتي CES كمتر از نيروگاههاي سيكل تركيبي بوده و راندمان حرارتي آن نيز بالاتر است. از طرف ديگر جداسازي اكسيژن از هوا نياز به تجهيزات خاص خود را دارد كه اين موجب افزايش توليد انرژي مي گردد. تركيب متان و اكسيژن در شرايط استويكومتريك در فشار 2.07 MPa  موجب افزايش محصولات احتراق و همچنين افزايش دماي احتراق تا 3187 درجه سانتي گراد ميشود. با توجه به بالارفتن دماي بالاي سيكل كارنو اين مسئله موجب افزايش راندمان سيكل ميگردد. پيش بيني ميشود راندمان سيكل حرارتي براساس انرژي پاك (CES) با عملكردتوربين دردماي 1760 درجه سانتيگراد و فشار 22.1 Mpa تا 67% برسد. توربيني كه بتواند در اين دما كاركند تا 10 سال آينده عرضه خواهد شد.

شكل (1) شماتيك سيكل CES و شكل (2) شماتيك واحد مولد بخار را نشان مي دهند.


به چاه CO2 با تزريق CES شكل 1 : شماتيك نيروگاه انرژي پاك


شكل (2) : واحد مولد بخار در سيستم CES

محصولات احتراق ( 90% بخار و 10% CO2 ) به توربين فشار قوي ارسال مي شوند پس از عبور از توربين به ري هيتر رفته تا دماي آن جهت داشتن راندمان بالا افزايش يابد سپس از توربين هاي فشار متوسط و پايين عبور داده شده و به كندانسور هدايت مي شود. قسمتي از آب تقطير شده در كندانسور به سيكل (مولد بخار) برگشت داده مي شود. CO2 موجود در كندانسور توسط كمپرسور و پس از عبور از يك مبدل حرارتي (جهت جذب رطوبت موجود) به چاه تزريق مي گردد.

جداسازي CO2 درهرنوع نيروگاه حرارتي مستلزم هزينه ميباشد.جدول(1) ميزان هزينه مورد نياز در نيروگاه هاي مختلف را نشان ميدهد. واضح است جداسازي CO2 در نيروگاههاي متداول مقرون به صرفه نيست.

جدول (1) : ميزان انرژي لازم جهت جداسازي CO2 در نيروگاههاي مختلف

 

Plant Type, 100 MW Size

Energy Penalty, % Output

 Power

CES Cycle

 

Combined Cycle

 

Gas Turbine Cycle

 

Conventional Steam

 Cycle

 

3.4

 

20

 

28

 

41 to 45

 

جدول (2) مقايسه هزينه هاي توليد انرژي الكتريكي و پارامترهاي ديگر نيروگاههاي سيكل تركيبي و سيستم CES را نشان مي دهد.

جدول (2) : مقايسه هزينه هاي سيكل تركيبي و سيستم CES

 

Plant Operating Factors

CES Cycle

Combined Cycle

Capacity (MW)

Thermal Efficiency (%)

Capital Installation Cost, ($/kW)

Natural Gas Cost ($/kg)

Oxygen Cost, ($/kg fuel)

CO2 Sequestering Power (% of Output Power)

Emissions of CO2 (kg/MWhr) with sequestering

Emissions of NOx (kg/MWhr) with sequestering

100---------400

63---------- 67

460-- ------290

---- 0.139 ----

0.088---- 0.070

3.4-------- 3.2

------ 0.00--- ---

------ 0.00 ------

100-------- 400

50--------- 60

740 --------60

----- 0.139----

------ 0.00--- ---

20.3------- 17.0

60--------- 50

0.014 to 0.055

Unit costs

Capital Cost ($/kWhr)

Fuel Cost ($/kWhr)

Maintenance Cost ($/kWhr)

Total Cost Without CO2 Sequestering ($/kWhr)

Total Cost With CO2 Sequestering ($/kWhr)

0.008----- 0.005

0.027----- 0.023

0.004----- 0.002

0.039----- 0.030

0.040----- 0.031

0.013----- 0.008

0.020----- 0.017

0.005----- 0.003

0.038----- 0.028

0.048----- 0.034

  

هزينه توليد الكتريسيته درسيكل CES به ازاء هر KWh ،3 سنت بدون جداسازي CO2 و1/3 سنت با جداسازي CO2 است در صورتيكه اين هزينه براي سيكل تركيبي بترتيب 8/2 سنت و 4/3 سنت است.

 



ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

 

انرژي خورشيدي و سلول هاي خورشيدي
انرژی خورشیدی و سلولهای خورشیدی


امروزه بشر با دو بحران بزرگ روبرو است که بیش از آنچه ما ظاهرا تشخیص می دهیم با یکدیگر ارتباط دارند. از یک طرف جوامع صنعتی و همچنین شهرهای بزرگ با مشکل الودگی محیط زیست مواجهند و از طرف دیگر مشاهده می شود که مواد اولیه و سوخت مورد نیاز همین ماشینها با شتاب روز افزون در حال اتمام است.
اثرات مصرف بالای انرژِی در زمین و آب و هوا آشکارا مشخص می باشدو ما تنها راه حل را در پایین اوردن میزان مصرف انرژی می دانیم ,حال انکه این امر نمی تواند به طور موثر ادامه داشته باشد.توجه و توصل به انرژی اتمی به عنوان جانشینی برای سوختهای فسیلی نیز چندان موفقیت آمیز نبوده است.
صرف هزینه های سنگین و همچنین تشعشعات خطر ناکی که ازنیروگاههای اتمی در فضا پخش شده ,نتیجه مثبتی نداشته است و اگر یکی از این نیروگاهها منفجر شود زیانهای فراوان و جبران ناپذیری به بار خواهد اورد.به علاوه به مشکل اساسی که در مورد مواد سوختی نظیر نفت ,گاز و زغال سنگ داشتیم بر می خوریم بدین معنی که معادن اورانیم که سوخت این نیروگاهها را تامین می کند منابع محدودی هستند و روزی خواهد رسیدکه این ذخایر پایان خواهد یافت و ماده ای که جایگزین ان شود وجود نخواهد داشت.

انرژی خورشیدی :
خورشید به عنوان یک منبع بی پایان انرژی می تواند حلال مشکلات موجود در مورد انرژی و محیط زیست باشد.انرژی بدون خطر ...
این انرژی که به زمین می تابد هزاران بار بیشتر از انچه که ما نیاز داریم و مصرف می کنیم ,می باشد.حتی نور کمی که از پنجره به اتاق میتابد دارای انرژی بیشتری از سیم برقی است که به داخل اتاق کشیده شده است.از انرژی خورشیدی می توان استفاده های مهم و کاملا مفید, به عنوان یک انرژی تمیز و قابل دسترس در همه جا استفاده کرد. اما از نور خورشید به طور مستقیم نمی توان به جای سوخت های فسیلی بهره برد بلکه باید دستگاههایی ساخته شود که بتوانند انرژی تابشی خورشید را به انرژی قابل استفاده نظیر انرژی مکانیکی, حرارتی الکتریسیته و ...تبدیل کنند.

مصارف انرژی خورشیدی :
1)گرم کننده ها مثل ابگرمکن خورشیدی که برای گرمای خانه ها و کوره های خوشیدی که برای ذوب فلزات حتی با دمای بالا نظیر اهن استفاده می شود و دمایی تا حدود 6000درجه سانتی گراد تولید می کنند.
2)دستگاههای اب شیرین کن که توسط اینه هایی نور خورشید را روی مخازن اب متمرکز می کنند تا کار تبخیر را انجام دهد.
3)الکتریسیته خورشیدی در این روش که نسبت به سایر روشها ارجحیت دارد.انرژی الکتریکی به سادگی قابل تبدیل به سایر انرژی ها بوده و می توان ان را ذخیره کرد.

طریقه دریافت الکتریسیته از انرژی خورشیدی :
1) نیروگاه های حرارتی که حرارت لازم توسط اینه هایی که نور خورشید را روی دیگ بخار متمرکز میکنند, تولید میشود.
2} اثر فتوولتایی:در این روش انرژی تابشی مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.قطعاتی که اثر فتوولتایی از خود نشان میدهند به سلول خورشیدی معروفند .
و در حال حاظر بیشترین استفاده از انرژی خورشیدی با این روش است.در برخی کشورها نیروگاه های فتوولتائیک ساخته شده که برای تولید برق است.
اما بیشترین استفاده از سلولهای خورشیدی در نیروگاه(( فتو ولتائیک50مگاواتی جزیره کرت یونان))است.

اساس کار سلولهای خورشیدی :
سلول خورشیدی عبارت از قطعات نیمرسانایی هستند که انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند.رسانندگی این مواد به طور کلی به دما ,روشنایی ,میدان مغناطیسی و مقدار دقیق ناخالصی موجود در نیم رسانا بستگی دارد.
از ویژگی های سلولهای خورشیدی میتوان به این موارد اشاره کرد:
جای زیادی اشغال نمی کنند .قسمت متحرک ندارند .بازده انها با تغییرات دمایی محیط تغییرات چندانی نمی کنند.نسبتا به سادگی نصب می شوند.به راحتی با سیستمهای به کار رفته در ساختمان جور می شوند.
همچنین از اشکالات سلولهای خوشیدی می توان به تولید وسایل فتوولتائیک که هزینه زیادی دارد و چگالی انرژی تابشی که بسیار کم است اشاره کرد که در فصول مختلف و ساعات متفاوت شبانه روز تغییر می كند که باید ذخیره شود و همین موضوع بسیار هزینه بر است.

کاربردهای سلولهای خوشیدی :
1)تامین نیروی حرکتی ماهواره ها و سفینه های فضایی
2)تامین انرژی لازم دستگاهایی که نیاز به ولتاژهای کمتری دارند مثل ماشین حساب و ساعت
3)تهیه برق شهر توسط نیروگاههای فتوولتائیک
4)تامین نیروی لازم برای حرکت خودروها و قایقهای کوچک
منبع:http://cyberspc.blogfa.com


ارسال توسط ميثم
 
تاريخ : پنجشنبه هشتم اردیبهشت 1390

 

تئوری بال مایل


یکی از مهم ترین مسایل در ساخت و طراحی هواپیماها توجه به نیروهای وارد بر جسم است. همان طور که می دانیم دو تا از مهم ترین نیروها، نیروی بالا برنده(lift) و نیروی مقاوم (Drag) است. بهترین طراحی بدنه و بال به گونه ای باید باشد که بیشترین نیروی بالا برنده و کمترین نیروی مقاوم تولید شود. در راستای تحقق این امر طراحان و مهندسان هوا فضا آزمایشات و هواپیماهای زیادی را ساختند تا به طریق عملی بتوانند به نتایج مثمر ثمری برسند.
ما قصد داریم در این مقاله شما را با یک هواپیمای تجربی (Experimental) آشنا کنیم که صرفاً برای تحقیق بر روی نیروهای بالابر و مقاوم (Drag and lift) طراحی شد. باز هم اسم ناسا (NASA) در این پروژه دیده می شود. ناسا همواره در تحقیقات هوایی و فضایی از پیشگامان است. اما هواپیمای مورد بحث با نام AD-1 شناخته می شود که اسمش مخفف Ames-Dryden است.
Ames یکی از شرکت های وابسته به ناسا است و درایدن(Dryden) نام یکی از مراکز تست های پروازی واقع در پایگاه هوایی ادواردز (Edvards) است که در ایالات کالیفرنیا هستند.
نام دیگر این پروژه بال های مایل (Oblique Wing) است که از دهه ۱۹۷۰ به بعد همواره دردست تحقیق و بررسی بوده است.
AD-1 هواپیمایی بسیار صاف، کم حجم و کشیده است. این مخلوق شگفت آور دو موتوره و یک سرنشینه است. اما مسئله ای که آن را از تمامی هواپیماهای دیگر جدا می کند وضعیت بال هایش است. این بال ها توسط یک مرکزیت اصلی می توانند هنگام پرواز تا ۶۰ درجه مایل شوند به عنوان مثال برای صعود یا برخاستن (Take off) بال ها در حالت عادی قرار دارند تا بتوان بیشترین مقدار نیروی بالابر (Lift) را به دست آورد و هنگامی که AD-1 به سرعت های بالاتر رسید توسط یک سیستم الکتریکی می تواند بال هایش را به مقدار دلخواه «البته در هر ارتفاع و سرعتی بنابر شرایط خاص بال ها نیز به مقادیر مختلف مایل می شوند» حرکت دهد.

این عمل بهAD-1 کمک می کند تا در ارتفاعات مختلف از کمترین مقدار نیروی مقاوم (Drag) بهره ببرد. بال های AD-1 قابلیت مایل شدن تا زاویه ۶۰ درجه را دارند. تمامی یا بهتر است بگوییم اکثر قسمت های بدنه از مواد مرکب (composite) ساخته شده است و در بسیاری از آنها از فایبر گلاس استفاده شده است تا بتوانند یک هواپیمای بسیار سبک بسازند و موفق هم شدند. این هواپیما وزنی برابر ۲۰۰۰ پوند دارد.
کار ساخت این هواپیما در اواخر سال ۱۹۷۸ به پایان رسید و در ماه فوریه سال ۱۹۷۹ تحویل بخش درایدن (Dryden) شد. پس از مدتی در ۲۱ دسامبر همان سال توسط خلبان مشهور ناسا،مک مورتری
(Mc Murtry) اولین پروازش را به مدت ۴۵ دقیقه انجام داد. مک مورتری از این پرواز خشنود نبود زیرا وقتی از او پرسیدند پرواز چطور بود، پاسخ داد: مثل این بود که دریک هواپیمای خشک نشسته باشید چیزی مانند هواپیمای سسنا ـ ۱۷۲ (Cessna)
بعد از چندین پرواز برای آزمایش پایداری پرواز (Stability) که با بال هایی در وضعیت عادی انجام شد در دو آوریل، پرواز با بال های متحرک آزمایش شد و برای اولین بار، بال ها به میزان ۱۵ درجه مایل شدند.
AD-1 با بـال های مایل( ۱۵ درجـه) در ارتـفاع ۱۲ هزار پایی با سرعت ۱۵۰ گره دریای (متر (knot=1853 قرار داشت. آزمایش بعدی در ۲۱ آوریل سال ۱۹۸۹ باز هم توسط خلبان مک مورتری انجام گرفت که سیزدهمین پرواز AD-1 به حساب می آمد.
در این پرواز بال ها تا ۲۰ درجه خم شدند و بالاخره در آزمایشی که در ۲۸ می صورت گرفت بال ها ۴۵ درجه خم شدند.
در این آزمایشات دیده شد که با خمشی به اندازه ۲۵ تا ۴۵ درجه میانگین سرعت ۱۳۵ گره است و در صورتی که از ۳۵ درجه تا ۵/۴۲ درجه باشد میانگین سرعت به ۱۴۰ گره می رسد. در سال ۱۹۸۹ پرونده پروازیAD-1 با ۱۹ پرواز آزمایشی به پایان رسید.
پس از سه سال آزمایشات مختلف، سرانجام AD-1 به بیشینه زاویه با ل ها رسید و بال هایش را ۶۰ درجه خم کرد. او گفت: هنگامی که بال ها ۶۰ درجه مایل بودند کنترل هواپیما راحت تر از بقیه درجات بود.
این هواپیمای جالب افتخار شرکت در نمایشگاه هوایی سال ۱۹۸۱ (Fox Field) را پیدا کرد و تا پایان آن سال ۵۰ پرواز را در پرونده اش ثبت کرد.
در سال ۱۹۸۱ این هواپیما توسط بسیاری از بخش های نظامی چون نیروی هوایی ایالات متحده (USAF)، نیروی دریای (USN) و بخش های مختلف ناسا مورد آزمایش قرار گرفت و بعد از آن آخرین پروازش را باز هم توسط خلبان مک مورتری در ۷ آگوست سال ۱۹۸۲ به پایان رساند.
طبق آماری که مهندسان و طراحان پروژه بال های مایل (Obligue Wing) در اختیار گذاشتند تخمین زده شده که با توجه به استفاده از بیشترین نیروی بالابر و کمترین مقدار نیروی مقاوم می توان یک هواپیمای مسافربری ۲۰۰ نفره با سرعت ۱۰۰۰ مایل در ساعت ساخت به گونه ای که مصرف سوختش نیز نصف هواپیمای بازنشسته کنکورد باشد. متاسفانه بعد ازAD-1 دیگر پروژه بال های مایل با جدیت قبلی پیگیری نشد و چنین هواپیمای رویایی ای هرگز ساخته نشد و با این حساب این نظریات
هیچ گاه ثابت نشد.
توماس مک مورتری (Thomas Mc Murtry )
توماس مک مورتری
(Thomas Mc Murtry ) یکی از خلبانان چیره دست و برجسته بخش های مختلف ناسا (NASA) است. او در شش آوریل سال ۱۹۳۵ در ایالات ایندیانا به دنیا آمد. از ابتدا علاقه خاصی به پرواز داشت و به همین منظور شروع به یادگیری پرواز در بخش آموزش خلبان نیروی دریایی در پاتوکسنت (patuxent) کرد.
مک مورتری یکی از سرشناس ترین خلبانان ناسا است که تاکنون در بسیاری از پروژه های تحقیقاتی شرکت کرده است. او ۳۲ سال پرواز کرد و اکثر کارها را در مرکز تحقیقات پروازی درایدن(Dryden) واقع در پایگاه هوایی ادواردز در کالیفرنیا بوده است.
در ۲۷ جولای سال ۱۹۹۸ او به عنوان مدیر ارتباطات عملیاتی ناسا انتخاب شد و بعد از آن در سال ۱۹۹۹ به عنوان رییس مهندسین یکی از بخش های ناسا به کار خود ادامه داد. قبل از این مسئولیت ها، مک مورتری در سمت مدیر عملیات پروازی بود که از سال ۱۹۸۶ تا ۱۹۹۸ در این سمت انجام وظیفه می کرد.
با نشان دادن استعدادها و قابلیت هایش همواره به عنوان یکی از خلبانان خلف و مطمئن ناسا بود و هر وقت قرار بود اولین بار توسط هواپیمای خاصی پروازی صورت بگیرد او انتخاب شماره یک بود.



گوشه ای از فعالیت های مهم او عبارتند از: کمک خلبان پرواز هواپیمای بوئینگ ۷۴۷ برای حمل شاتل فضایی، خلبان پروژهAD-1 ، خلبان جنگنده F-15 در قسمت پروژه کنترل الکتریکی ـ دیجیتالی موتور (DEEC) ۱پروژه آزمایش هواپیمای KC-135 و ... شرکت داشته است.
او آلبومی پر از افتخارات را به همراه دارد. در سال ۱۹۸۲ مک مورتری جایزه ایون سی کینچلو (Iven C.kincheloe) را از طرف جامعه خلبانان آزمایشی هواپیماهای تبحری گرفت و این جایزه به خاطر پرواز های مکرر با AD-1 بود.
در سال ۱۹۹۸ او به عنوان یکی از پرافتخار ترین خلبانان قرن ۲۰ شناخته شد و سرانجام در سال ۱۹۹۹ او مدال خدمت ناسا (Distinguished Service) را به خود اختصاص داد.
پی نوشت:
۱-DEEC: Digital Electronic Engine Control
جدول مشخصات
۱- طول: ۸/۳۸ فوت
۲- فاصله دور سربال: ۳/۳۲ فوت
۳- ارتفاع: ۷۵/۶ فوت
۴- مبنای قدرت: دو موتور میکروتوربو
۵- نیروی پیشران: هر موتور ۲۲۰ پوند
۶- بیشینه سرعت: ۱۷۰ مایل در ساعت
۷- وزن: ۲۱۴۵ پوند
۸- قیمت: ۲۴۰۰۰۰ دلار


ارسال توسط ميثم

اسلایدر