جدید: دفاعیه کارشناسی ارشد
دفاعیه پایان نامه کارشناسی ارشد جناب آقای فرشید مسیحی زاده دانشجوی کارشناسی ارشد هوافضا گرایش جلوبرندگی با عنوان "مدل‌سازی تبخیر و تجزیه حرارتی قطره پراکسید هیدروژن" در تاریخ  ۱۴۰۵/۰۵/۰۵  ساعت ۱۲:۱۵ به صورت حضوری-مجازی در دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران برگزار می‌شود. اعضای آزمایشگاه تحقیقاتی پیشرانش فضایی از همه‌ی علاقه‌مندان به زمینه‌ی علمی مذکور و سایر حوزه‌های مرتبط جهت شرکت در این دفاعیه دعوت به عمل می‌آورند.

چکیده
ادر این پژوهش، یک مدل عددی کوپل‌شده برای بررسی فرآیند هم‌زمان تبخیر قطره منفرد و تجزیه حرارتی بخار هیدروژن پراکسید خالص (H_۲O_۲) در محیط ساکن توسعه داده شده است. قطره خالص H_۲O_۲ در یک محیط گازی داغ و ساکن در نظر گرفته شده و معادلات بقای جرم، انرژی و گونه‌های شیمیایی به‌صورت کوپل‌‌شده در فازهای مایع و گاز با رویکرد حجم محدود حل شده‌اند. یکی از چالش‌های اصلی این پژوهش، تعیین ضرایب سینتیکی مناسب برای واکنش تک‌مرحله‌ای تجزیه H_۲O_۲ بوده است. برای این منظور، ابتدا سینتیک تفصیلی تجزیه H_۲O_۲ با استفاده از کتابخانه Cantera در بازه دمایی گسترده حل شده و سپس نتایج حاصل با برازش منحنی به یک مدل آرنیوس تک‌مرحله‌ای تبدیل شده است. ضرایب پیش‌نمایی A و انرژی فعال‌سازی E_a از این فرایند استخراج و در مدل عددی به‌کار گرفته شده‌اند. با توجه به فقدان داده‌های تجربی برای تبخیر و تجزیه قطره H_۲O_۲، اعتبارسنجی مدل در دو مرحله انجام شده است: نخست با داده‌های تبخیر و احتراق قطره هپتان نرمال (n-C_۷H_۱۶) به‌عنوان سوخت هیدروکربنی مرجع، و سپس با داده‌های قطره اتانول (C_۲H_۵OH) به‌دلیل ماهیت قطبی این ترکیب که از این جهت به H_۲O_۲ نزدیک‌تر است. پرسش محوری این پژوهش آن بوده که آیا تجزیه حرارتی بخار H_۲O_۲ می‌تواند هم‌زمان با تبخیر قطره رخ دهد و بر نرخ‌تبخیر و طول‌عمر قطره اثر بگذارد. نتایج این رساله نشان می‌دهد که این اثرگذاری واقعی و مستقیم است: بخارات H_۲O_۲  درون لایه‌مرزی اطراف قطره تجزیه شده و گرمای آزادشده، گرادیان دمایی اطراف قطره را نسبت به حالت تبخیر خالص تغییر می‌دهد. این تغییر گرادیان دما به‌نوبه خود نرخ تبخیر و طول عمر قطره را تحت تاثیر قرار می‌دهد. بنابراین، مکانیزم اثرگذاری تجزیه بر تبخیر صرفا نه به‌صورت متاخر و از طریق افزایش دمای محیط، بلکه از طریق تغییر مستقیم میدان دمایی در لایه مرزی قطره همزمان با تبخیر است. تحلیل پارامتری اثر دمای محیط و قطر اولیه قطره بر رفتار گذرای سیستم انجام شده و نتایج آن در فصل مربوطه ارائه شده‌اند. یافته‌های این پژوهش می‌توانند در طراحی و بهینه‌سازی ریزرانشگرهای مبتنی بر H_۲O_۲ به‌کار گرفته شوند.

واژه‌های کلیدی:  هیدروژن پراکسید، تجزیه حرارتی، تبخیر قطره، مدل‌سازی عددی، عمر قطره

 

دفاعیه پایان نامه جناب آقای محمد یونسی دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژی با عنوان "استفاده از گرمایش دینامیک گازی برای شروع احتراق" در تاریخ  ۱۴۰۴/۰۷/۰۸  ساعت ۱۴:۰۰ به صورت حضوری-مجازی در دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران برگزار می‌شود. اعضای آزمایشگاه تحقیقاتی پیشرانش فضایی از همه‌ی علاقه‌مندان به زمینه‌ی علمی مذکور و سایر حوزه‌های مرتبط جهت شرکت در این دفاعیه دعوت به عمل می‌آورند.

چکیده

در لوله هارتمن-اسپرنگر، مواجهه جریان جت فرومنبسط با یک لوله ته بسته، موجب ایجاد صوت شدید در محیط به همراه افزایش دمای گاز در انتهای لوله می‌شود. در این رساله، به فرآیند افزایش دما در اثر این پدیده، به منظور سنجش پتانسیل آن برای شروع احتراق، پرداخته شده است. بنابراین دو روی‌کرد تجربی و شبیه‌سازی عددی اتخاذ گردید. در روی‌کرد تجربی، اثر عوامل موثر در مسئله مانند شرایط هندسی و شرایط عملکردی بر دمای گاز در انتهای لوله، در یک مجموعه آزمایشگاهی بررسی شد. با آن که محدودیت‌های اندازه‌گیری مانع ثبت سریع دما بود، حداکثر دمای۷۴۰ درجه سلسیوس ثبت گردید. نشانه‌های تجربی دیگر، بر افزایش سریع دما، در حد کسری از ثانیه دلالت دارند. با آزمون‌های متعدد تجربی نشان داده شد که دمای حاصله قابلیت افروزش سوخت‌های گازی و جامد را دارد. به دلیل محدودیت‌های سخت‌افزاری، برخی از شرایط عملکردی در رویکرد تجربی قابل بررسی نبوده لذا روی¬کرد عددی مورد استفاده قرار گرفت. در بخش شبیه‌سازی عددی، معادلات ناویر-استوکس متوسط‌گیری شده رینولدز، برای هندسه و شرایط عملکردی مختلف حل شدند. 
ابتدا، وجود حجمی از گاز که در انتهای لوله محبوس است، با شبیه‌سازی عددی با جزئیات بررسی گردید. در این راه، با به¬کارگیری دو گاز مختلف، نشان داده شد که همواره بخشی از گاز به‌صورت مجزا از جریان جت ورودی، در انتهای لوله محبوس است. تراکم و انبساط حجم محبوس و عبور امواج تراکمی و فن‌های انبساطی به طور پیوسته درون آن، منجر به افزایش دمای گاز محبوس می¬شوند. تایید شد که به مرور زمان، نفوذ گاز ورودی به بخش انتهایی لوله و خروج بخشی از گازهای این ناحیه به همراه امواج انبساطی، موجب می‌گردد تا حداکثر دمای قابل انتظار، به¬دست نیاید. همچنین نشان داده شد که اثر شکل لوله، به ویژه شکل انتهای بسته آن، مرتبط با حجم گاز محبوس است و هر چه حجم گاز محبوس کم‌تر باشد، افزایش دما بیشتر خواهد بود.  
در ادامه اثر نوع گاز بر گرمایش ایجاد شده، به کمک شبیه‌سازی عددی بررسی و تایید شد که نسبت گرماهای ویژه و جرم مولکولی گاز در گرمایش نقش بازی می‌کنند؛ طوری که گازهای تک‌اتمی با نسبت گرماهای ویژه بزرگ‌تر، بیشترین افزایش دما را به دست می‌دهند. همچنین نشان داده شد که اگر ترکیبی از این دو پارامتر در زمان گذرای پدیده ضرب شود، رفتار همه گازها، کمابیش یک‌سان است. 
در بخش دیگر، خوداشتعالی مخلوط استوکیومتریک پیش‌آمیخته‌ای از هیدروژن و اکسیژن، در لوله هارتمن-اسپرنگر به صورت عددی بررسی گردید. برای این منظور از یک ساز و کار شیمیایی اسکلتی با قابلیت پوشش فرایندهای آغازش و خاموشی، متشکل از ۱۴ واکنش و ۸ گونه، استفاده شده است. زمان تاخیر در آغازش برای شرایط مختلف، بررسی و از این راه بهترین شرایط برای آغازش تعیین شده است.

کلمات کلیدی:  گرمایش دینامیک گازی، هارتمن اسپرنگر، لوله تشدید، اشتعال تشدیدی، گیرانه تشدیدی

 

جدید: دفاعیه کارشناسی ارشد
دفاعیه پایان نامه کارشناسی ارشد جناب آقای سید احمد رضا صالحی دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژی با عنوان "مدل‌سازی احتراق قطره سوخت مایع تحت شرایط نزدیک نقطه بحرانی" در تاریخ  ۱۴۰۴/۰۳/۲۱  ساعت ۱۳:۰۰ به صورت حضوری-مجازی در دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران برگزار می‌شود. اعضای آزمایشگاه تحقیقاتی پیشرانش فضایی از همه‌ی علاقه‌مندان به زمینه‌ی علمی مذکور و سایر حوزه‌های مرتبط جهت شرکت در این دفاعیه دعوت به عمل می‌آورند.

چکیده
احتراق قطرات سوخت مایع یکی از پدیده‌های اساسی و در عین حال پیچیده در حوزه مهندسی به‌شمار می‌رود که نقشی حیاتی در عملکرد سامانه‌های حرارتی و پیشرانشی، از جمله موتورهای احتراقی، توربین‌ها، راکتورها و موتورهای جت ایفا می‌کند. در همین راستا، هدف از این پژوهش، مدل‌سازی عددی فرآیند گذرای تبخیر و احتراق یک قطره منفرد سوخت تک‌جزیی تحت شرایط دمای زیاد، فشار اتمسفریک، محیط ساکن و گرانش صفر است. بدین منظور، معادلات بقای گونه، مومنتوم و انرژی در فاز گاز و معادله بقای انرژی در فاز مایع به‌صورت عددی و با رویکرد حجم محدود و روش کاملاً ضمنی حل شده‌اند. همچنین، خواص ترموفیزیکی به‌صورت تابعی از دما تعریف شده‌اند و در طول زمان و مکان تغییر می‌کنند. از سوی دیگر، واکنش شیمیایی سوخت نیز با بهره‌گیری از یک واکنش کلی در مدل لحاظ شده است. به‌منظور اعتبارسنجی، نتایج حاصل برای سوخت هپتان در فرآیند تبخیر خالص با داده‌های تجربی در بازه‌ی دمایی ۴۷۰ تا ۷۴۰ کلوین و در فرآیند احتراق با داده‌های عددی در بازه‌ی دمایی ۱۲۰۰ تا ۱۶۰۰ کلوین مقایسه شده‌اند. اثر دمای محیط، قطر اولیه قطره، و همچنین ترکیب گاز محیط بر فرآیند تبخیر یا سوزش بررسی شده و تغییرات قطر قطره، نرخ متوسط تبخیر یا سوزش، دما و محل استقرار شعله به دست آمده‌اند.
نتایج نشان می‌دهند که  اثر افزایش دما بر نرخ سوزش، حدود ۳ درصد بیشتر از اثر افزایش قطر اولیه ارزیابی شده است. از طرفی، افزایش دمای اولیه سطح قطره به‌دلیل کاهش مدت زمان گرمایش، موجب کاهش زمان پایان عمر قطره شده، ولی تأثیر محسوسی بر دمای شعله و مکان تشکیل آن ندارد. علاوه بر این، با افزایش سه‌برابری غلظت اکسیژن در هوا، دمای شعله بیش از ۱۰۰۰ کلوین افزایش یافته و شعله در شعاع‌هایی بسیار نزدیک به سطح قطره شکل می‌گیرد. در مقابل، افزایش غلظت اولیه کربن ‌دی‌اکسید اثری معکوس نسبت به اکسیژن داشته و موجب تضعیف شعله می‌گردد.


واژه‌های کلیدی:  تبخیر، اشتعال، احتراق قطره، سوخت مایع، هپتان، شعله، مدل‌سازی.

 

جدید: دفاعیه دکتری

دفاعیه پایان نامه جناب آقای سجاد جباری نیک دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژی با عنوان "خشکاندن قطره سیالات پیچیده-افشره سنجد" در تاریخ  ۱۴۰۳/۰۹/۲۸  ساعت ۱۶:۰۰ به صورت حضوری-مجازی در دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران برگزار می‌شود. اعضای آزمایشگاه تحقیقاتی پیشرانش فضایی از همه‌ی علاقه‌مندان به زمینه‌ی علمی مذکور و سایر حوزه‌های مرتبط جهت شرکت در این دفاعیه دعوت به عمل می‌آورند.
 

 چکیده

چالش خشکاندن قطره سیالات پیچیده همواره همراه با راه‌حل‌های منحصر بفرد به علت تنوع مشکلات مرتبط با سیالات مختلف است. افشره کم فیبر سنجد، کلوئیدی دارویی-غذایی است که بنابرنظر داروسازان به عنوان جایگزینی برای پودر سنجد تجاری فعلی، با تکیه بر به حداقل رساندن عوارض جانبی مصرف مواد فیبری این میوه در بدن انسان در حال تحقیق و توسعه است. نسبت زیاد آب به مواد جامد موجود در این افشره -ناشی از روش استخراج آبی تهیه افشره- موجب تسهیل فساد شیمیایی، مشکلات فرآیندی و جلب نظر به خشکاندن پاششی افشره بوده است. نظر به کاستی مطالعات پیشین در رابطه با این افشره نوظهور، این رساله واکاوی‌های ترموفیزیکی گوناگونی بر روی این افشره در شرایط دما و غلظت مختلف انجام رسانیده و تصویری از ویژگی‌های این ماده نمایان ساخته است؛ نتایج بیانگر آن است که این افشره با توجه به حضور توامان سه فاز جامد، مایع و گاز در ترکیب آن به واقع سیالی پیچیده به شمار می‌آید. بررسی آزمایشگاهی سینتیک خشکاندن تک قطره افشره در شرایط مختلفی از دمای محفظه خشک‌کن و غلظت اولیه قطره، بیانگر آن است که این افشره پس از دست دادن آب حین تبخیر، با رسیدن به غلظتی بحرانی پوسته‌ای ناتراوا شکل می‌دهد. دلیل تشکیل این پوسته ناتروا مرتبط با حضور ترکیبات آب‌دوست نامحلول در قطره و نیز تبلور دیرهنگام مواد محلول در سطح قطره است. این پوسته تا انتهای فرآیند خشکاندن، به صورت پی در پی در اثر بخارات خروجی متورم و خالی می‌شود. این فرآیند در انتها منجر به تشکیل ذره با پوسته‌ای خشک و چسبناک با اندازه هم‌مرتبه اندازه اولیه قطره و تحت شرایطی با مرکز مرطوب می‌شود. با افزایش دمای محفظه خشک‌کن به ۲۰۰ درجه سلسیوس مشکل مرکز مرطوب مرتفع می‌شود؛ ولی کماکان پوسته بسیار چسبناک است. بررسی‌های تکمیلی خشکاندن تحت خلأ حاکی از آن بود که این افشره در شرایط محیط فاقد حالت جامد پایدار است و پس از آب‌زدایی در غلیظ‌ترین فرم خود ساختار جامدی برخود نمی‌گیرد و سیالی با گرانروی بالا همانند عسل را شکل می‌دهد. بنابرآنچه ذکر شد جمع بندی مطالعات این بود که افشره سنجد امکان خشکاندن مطلوب را با روش خشکاندن پاششی را دارا نمی‌باشد. تحلیل آزمون DSC افشره بیانگر آن است که دمای گذار شیشه‌ای بسیار پایین این افشره -۳۵درجه سلسیوس- موجب بروز این چسبندگی می‌گردد. بنابراین با بررسی مواد افزودنی مجاز، ماده مالتودکسترین از نوع DE۵ با دمای گذار شیشه‌ای بسیار بالا-حدود۲۰۰درجه سلسیوس- به منظور به‌سازی عصاره به کار برده و افشره‌های جدیدی مطابق با تحلیل دمای گذار شیشه‌ای مناسب تولید گردید. نتایج بیانگر تغییر محسوسی در میزان چسبندگی ماده خشک تولیدی است، به طوری‌که در افشره MS۲ وMS۳  هیچ نوع چسبندگی مشاهده نشد و ذرات به طور مناسبی خشک شده بودند. با توجه به سینتیک خشکاندن افشره کم فیبر سنجد در آزمایش‌ها، به نظر رسید می‌توان با استفاده از مدلی نیمه تجربی برپایه تئوری تبخیر و نیز یادگیری ماشین داده‌های منحنی مشخصه خشکاندن، اقدام به مدل‌سازی رفتار این افشره نمود. مدل ارائه گردیده قادر است علاوه بر ارائه اثر متغیرهای مستقل خشکاندن مانند دمای محفظه، غلظت و قطر اولیه قطره بر سینتیک خشکاندن افشره، شرایطی که در آن ذره متورم -بزرگ‌تر از قطر اولیه- تولید می‌گردد را پیش‌بینی نماید.

کلمات کلیدی:  سیالات پیچیده، افشره کم فیبر، افشره سنجد، خشکاندن تک قطره، سینتیک خشکاندن
 

جدید: دفاعیه کارشناسی ارشد
دفاعیه پایان نامه کارشناسی ارشد جناب آقای عرفان دباغچیان دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژی با عنوان "شبیه‌سازی نشتی جریان در نوک تیغه توربین‌های ضربه‌ای" در تاریخ  ۱۴۰۳/۰۷/۱۳  ساعت ۱۴:۰۰ به صورت حضوری-مجازی در دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران برگزار می‌شود. اعضای آزمایشگاه تحقیقاتی پیشرانش فضایی از همه‌ی علاقه‌مندان به زمینه‌ی علمی مذکور و سایر حوزه‌های مرتبط جهت شرکت در این دفاعیه دعوت به عمل می‌آورند.

چکیده
توربین فراصوت یکی از اجزای اصلی توربوپمپ به عنوان منبع تغذیه موتور پیشران مایع است. در شرایطی که دبی کم باشد، به کار ویژه زیادی برای عملکرد توربین احتیاج است. به دلیل دبی کم، ارتفاع تیغه‌ها و در نتیجه ضریب منظری نیز کوچک خواهند بود.  به منظور کاهش افت‌های مرتبط با نسبت منظری کم از توربین پذیرش جزئی در توربوپمپ‌ها استفاده می‌شود. بدین ترتیب جریان گاز تنها به بخشی از تیغه‌های روتور برخورد می‌کند. در نوک تیغه‌ها فاصله‌ای برای جلوگیری از برخورد تیغه با پوسته در نظر گرفته شده که این فاصله باعث نشتی جریان از نوک تیغه می‌شود. موضوع این پژوهش، بررسی رفتار جریان نشتی در فضای بالای تیغه‌های توربین ضربه‌ای فراصوت پذیرش جزئی است که  این نشتی جریان توسط حفره‌ّهایی که به این منطور در نوک تیغه تعبیه شده‌اند، کنترل می‌شود. رویکرد مطالعه در این پژوهش، شبیه‌سازی عددی و استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای پیش‌بینی رفتار جریان در توربین است. به منظور سنجش اعتبار نتایج عددی، عملکرد یک نمونه توربین پذیرش جزئی موجود، شبیه‌سازی و نتایج حاصله با نتایج تجربی آن اعتبارسنجی شده است. سپس، شبیه‌سازی همان توربین با تغییر در پروفیل بخش فوقانی تیغه با استفاده از چند پارامتر هندسی مشخص شامل زاویه، سطح و عمق حفره انجام می‌شود. بررسی نتایج اصلاحات، ایجاد پایگاه داده به منظور استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای جایگزینی شبیه‌سازی و پیش‌بینی عملکرد توربین از دیگر مراحل انجام این پژوهش است.  
واژه‌های کلیدی:  توربین ضربه‌ای فراصوت، نشت نوک تیغه، شبکه عصبی، شبیه‌سازی