مقطع کارشناسی ارشد

1. عنوان پایان نامه:

بررسی تجربی و عددی مشخصه های عملکرد توربین پیچ ارشمیدس

نام دانشجو	محسن زمانی
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت
سال انتشار	1401
استاد مشاور	-

چکیده:

یکی از راه‌حل‌ها برای غلبه بر کمبود منابع و مشکلات ناشی از مصرف سوخت‌های فسیلی استفاده از انرژی-های تجدیدپذیر است. توربین پیچ ارشمیدس می‌تواند به‌عنوان یک نیروگاه جریان رودخانه‌ای در مقیاس کوچک در این زمینه راه‌گشا باشد. به همین منظور یک مدل آزمایشگاهی با مقیاس 1:6 طراحی گردید و سپس با استفاده از تکنولوژی پرینتر سه‌بعدی در گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه با طول 17 سانتی‌متر و قطر خارجی 10 سانتی‌متر و تعداد 4 ردیف پره ساخته شد و در سایت مربوط به تست‌های تجربی این توربین در گروه پژوهشی مورد آزمایش قرارگرفت. در مطالعه تجربی این توربین، تغییرات دبی ورودی به توربین و مقاومت الکتریکی مدار (بار مصرف‌کننده) بر روی عملکرد توربین موردبررسی قرارگرفت و تغییرات سرعت دورانی، گشتاور، توان خروجی و بازدهی توربین برحسب تغییرات دبی و مقاومت الکتریکی مشخص شد. در ادامه با استفاده از تئوری پی-باکینگهام اعداد بی‌بعد عملکردی مبدل استخراج و با استفاده از اعداد بدون بعد دبی و رینولدز تغییرات ضرایب توان و نسبت سرعت نوک پره برای توربین ارزیابی شد و سپس با هدف دست‌یابی به حداکثر بازدهی توربین پیچ ارشمیدس، بهینه‌سازی دبی با استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام شد و دبی 6/2 لیتربرثانیه به‌عنوان دبی بهینه عملکرد توربین پیچ ارشمیدس مشخص شد. با توجه به عدم امکان انجام تست‌های تجربی در این دبی، مشخصات عملکرد توربین در این دبی با استفاده از شبیه-سازی عددی در نرم‌افزار Star-CCM مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه با استفاده از عدد بدون بعد فرود نتایج حاصل از بررسی توربین در مقیاس آزمایشگاهی به توربین در مقیاس اصلی تعمیم داده‌شد و بهره-برداری توربین پیچ ارشمیدس در مقیاس اصلی از دیدگاه اقتصادی نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج تجربی بیانگر رابطه معکوس سرعت دورانی، توان، گشتاور و بازدهی توربین با مقاومت الکتریکی در دبی ثابت می-باشد. در بررسی بدون بعد توربین نیز نتایج بیانگر این بوده‌است که عدد رینولدز با نسبت سرعت نوک پره رابطه مستقیم و با ضریب توان رابطه عکس دارد. نتایج مربوط به شبیه‌سازی عددی نیز در قالب مقایسه مشخصات توربین در دبی بهینه (6/2 لیتربرثانیه) و دبی 4/2 (نزدیک‌ترین حالت به دبی بهینه) بیان شد و نتایج نشان‌گر بالاتر بودن مقادیر سرعت دورانی، توان، گشتاور، بازدهی و ضریب توان در دبی بهینه بوده‌است. بازدهی به‌دست‌آمده برای توربین در حالت دبی بهینه برابر با 5/78 درصد بوده‌است. هم‌چنین بررسی رفتار توربین در این دو حالت نشان می‌دهد که مقادیر ورتیسیته و غوطه‌وری در انتهای خروجی توربین در حالت دبی بهینه کمتر است. حداکثر توان قابل‌دسترسی برای این توربین در مقیاس اصلی در دبی بهینه (28/229 لیتربرثانیه) برابر با 56/760 وات است. دوره بازگشت سرمایه تنزیل‌شده برای بهره‌برداری از این توربین به-عنوان نیروگاه برق‌آبی در مقیاس اصلی با توجه به نرخ تورم بین 6/1 تا 3 سال متغیر بوده و بهره‌برداری از این توربین در دبی بهینه قابلیت صرفه‌جویی ارزی به میزان 1561 دلار را خواهدداشت.

کلمات کلیدی: مطالعه تجربی و عددی، جریان رودخانه‌ای، توربین پیچ ارشمیدس، بهینه‌سازی، مقیاس‌بندی فرود، بررسی اقتصادی

2. عنوان پایان نامه:

بررسی تجربی عملکرد هیدرودینامیکی یک مبدل انرژی موج OWSC با سیستم انتقال توان هیدرولیکی تحت اثر شرایط امواج دریای مازندران

نام دانشجو	غزاله صدری‌پور
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت
سال انتشار	1400
استاد مشاور	دکتر بهراد علی‌زاده خارکشی

چکیده:

استفاده از مبدل‌های انرژی امواج به‌عنوان جایگزین سوخت‌های فسیلی راه حل مناسبی برای حل مشکلات ناشی از این سوخت‌ها می‌باشد. مبدل‌های انرژی امواج OWSC در مناطق نزدیک ساحل (عمق آب بین 10 تا 20 متر) برای تولید برق و پمپاژ آب استفاده می‌شوند. دو عامل عمق نصب مبدل و شرایط موج برخوردی پارامترهای تاثیرگذار بر عملکرد این دسته از مبدل‌ها می‌باشند، لذا در این پایان‌نامه، عملکرد هیدرودینامیکی یک مبدل انرژی موج OWSC مورد بررسی تجربی قرار گرفته است. سیستم انتقال توان (PTO) استفاده‌شده در این مبدل از نوع هیدرولیکی می‌باشد، همچنین دریای مازندران به‌عنوان دریای هدف انتخاب شد. به‌منظور بررسی عملکرد مبدل، یک مدل فیزیکی در مقیاس 1:8 از این مبدل در کارگاه ساخت گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل ساخته شد. همچنین برای بررسی عملکرد مبدل، مشخصات موج برخوردی (فرکانس و ارتفاع موج) و عمق نصب به‌عنوان متغیرهای مورد بررسی انتخاب شده‌اند و برای بررسی تاثیر متغیرهای مذکور بر عملکرد مبدل (با در نظر گرفتن طراحی آزمایش انجام شده) 256 تست (که با تکرار هر تست مجموعا 512 تست انجام شده است) در نظر گرفته شده است. تست‌ها پس از کالیبراسیون و آنالیز عدم قطعیت در استخر موج گروه پژوهشی انرژی‌های دریا پایه انجام شد. با توجه به نتایج به‌دست‌ آمده کاهش فرکانس موج برخوردی سبب افزایش عملکرد مبدل می‌شود، به‌طوری‌که مبدل در پایین‌ترین فرکانس موج (در بازه فرکانسی امواج دریای مازندران) عملکرد بهتری دارد. همچنین افزایش ارتفاع موج برخوردی عملکرد مبدل را افزایش می‌دهد و مبدل در ارتفاع موج 1/0 متر دارای عملکرد بهینه است. از طرف دیگر نتایج نشان داد که در تمامی فرکانس‌ها و ارتفاع موج‌ها مبدل در عمق آبخور بی‌بعد 59/0 دارای عملکرد بهتری در مقایسه با سایر عمق آبخورها است. در عمق آبخورهای بی‌بعد بالاتر و پایین‌تر از این مقدار عملکرد مبدل کاهش می‌یابد و یک رفتار غیر خطی بین توان و عمق آبخور ایجاد می‌گردد، به‌طوری‌که مبدل در حالت عمق آبخور منفی (کاملا مغروق) و عمق آبخور بیشینه‌ی مثبت (نیمه مغروق) دارای عملکرد ضعیفی است. مقادیر بیشینه دبی پمپاژ و توان تولیدی این مبدل در مقیاس آزمایشگاهی به ترتیب 27/0 لیتر بر ثانیه و 6/42 وات و در مقیاس اصلی به ترتیب 50 لیتر بر ثانیه و 7/61 کیلووات می‌باشد. نتایج مربوط به انرژی تولیدی سالانه نشان می‌دهد که مبدل هنگامی‌که در عمق آبخور بی‌بعد 59/0 نصب ‌گردد، می‌تواند 878 مگاوات ساعت در سال برق تولید نماید. با توجه به اینکه قیمت خرید برق در ایران 026/0 دلار به ازای هر کیلووات ساعت است، سیستم با بهترین عملکرد، می‌تواند سالانه بیش از 22000 دلار درآمد ناشی از فروش برق را داشته باشد. مبدل OWSC در برخی از کاربردها به‌عنوان پمپ آب برای تاسیسات آب‌شیرین‌کن‌ها نیز استفاده می‌شود، نتایج نشان می‌دهد که سیستم در حالتی که بهترین عملکرد را دارد می‌تواند برای تعداد بیش از 8 هزار خانوار آب‌رسانی انجام دهد.

کلمات کلیدی: مطالعه تجربی، OWSC، دریای مازندران، مبدل انرژی موج، عملکرد

3. عنوان پایان نامه:

مطالعه عددی-تجربی یک مدل شبکه واقعی توزیع آب به روش آنالیز جریان گذرا بر مبنای دیماند پالسی و کنترل بلادرنگ (RTC) فشار

نام دانشجو	صالح طالش امیری
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت، دکتر امید جهانیان
سال انتشار	1399
استاد مشاور	-

چکیده:

در طی روند توسعه‌ی دانش و فناوری، و در راستای کاهش اثرات مخرب زیست‌محیطی موتورهای درون‌سوز، امروزه نسل جدیدی از آن‌ها با عنوان موتورهای احتراق تراکمی با واکنش‌پذیری کنترل‌شده، توجه محققین را به خود جلب کرده است. مطالعات گسترده‌ای درزمینه‌ی جایگزینی و اصلاح سوخت موتورهای احتراق داخلی انجام‌گرفته؛ که در این میان، اثر افزودن آب به مخلوط سوخت و هوا در موتورهای درون‌سوز، بر میزان آلایندگی و مصرف سوخت، در کنار قیمت اندک و دسترسی آسان آن، فراوان است. در این پایان‌نامه به بررسی عددی اثر پاشش مستقیم نسبت‌های مختلف جرمی آب با دمای متفاوت، در محفظه‌ی احتراق یک موتور درون‌سوز اشتعال‌تراکمی با واکنش‌پذیری کنترل‌شده و سوخت دوگانه بنزین-دیزل پرداخته می‌شود. نسبت جرمی آب از 0 تا 20درصد، و دمای آب در بازه‌ی 25 تا 65 درجه‌ی سلسیوس تغییر می‌کند. در این راستا درحالی‌که جرم سوخت ورودی در یک مرحله ثابت نگاه‌داشته شده و در مرحله‌ی دیگر تغییر می‌کند، آب با نسبت‌های جرمی مختلف نسبت به سوخت بنزین به‌صورت مستقیم به داخل محفظه‌ی احتراق تزریق می‌شود. برای شبیه‌سازی عددی از نرم‌افزار AVL-Fire به‌صورت کوپل با کد سینتیک مفصل شیمیایی و برای مدل آشفتگی از f-ζ-k استفاده‌شده است. با مقایسه‌ی نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی در شرایط مشابه، نتایج عددی اعتبارسنجی شدند. نتایج نشان می‌دهد که، با افزایش نسبت جرمی آب تا 5درصد، فشار و دمای محفظه احتراق و نیز آلایندگی اکسیدهای نیتروژن به حد قابل‌توجهی افزایش می‌یابد؛ اما با افزایش آب تا نسبت جرمی 15درصد، روند کاهشی دیده می‌شود؛ ادامه‌ی روند افزایش نسبت جرمی آب تا 20درصد، مجدداً روند افزایشی را دربی دارد؛ با این تفاوت که در این نسبت جرمی، دمای محفظه احتراق و آلایندگی اکسیدهای نیتروژن علی‌رغم افزایش مشخصه‌های توان، افزایش چشم‌گیری نداشته‌اند درنهایت با مقایسه‌ی حالت اضافه شدن آب به 20 درصد مقدار مصرف سوخت ویژه‌ی اندیکاتوری تا حد قابل‌توجهی کاهش‌ می‌یابد. در ادامه با در نظر گرفتن نسبت جرمی 20درصد، بررسی اثرات افزایش دمای آب اضافه‌شده، علیرغم افزایش نرخ تبخیر آب، تغییرات چشمگیری در مشخصه‌ها توان و آلایندگی مشاهده نمی‌شود؛ از طرفی به دلیل مقادیر آلایندگی حاصل از احتراق سوخت نیز در سه دمای مختلف آب تفاوت چندانی ندارد. در صورت کاهش جرم سوخت با عدد اکتان‌بالا درازای جرم آب اضافه‌شده، تغییرات مذکور با اختلاف بیشتری نمایان شده و روند مشابهی را طی می‌کند.

کلمات کلیدی: شبیه‌سازی عددی، موتور اشتعال تراکمی، مدل احتراقی اشتعال تراکمی با واکنش‌پذیری کنترل‌شده، تزریق آب، مصرف سوخت، موتور دوگانه سوز، محفظه سوخت، موتور اشتعال تراکمی با واکنش‌پذیری کنترل‌شده، سوخت ترکیبی، دینامیک سیالات محاسباتی، پاشش آب، کاهش مصرف سوخت، کنترل زمان احتراق

4. عنوان پایان نامه:

پیاده‌سازی استراتژی‌‌های کنترلی جهت مدیریت مصرف انرژی در ایستگاه پمپاژ آب حیدریه (عراق)

نام دانشجو	حسن الگیم
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت
سال انتشار	1401
استاد مشاور	-

چکیده:

با پیش‌بینی دو برابر شدن تقاضا برای آب تا سال 2035، تأسیسات آب با چالش‌های بی‌سابقه‌ای برای حفظ زیرساخت‌های با قابل اطمینان بالا و هزینه‌های پایدار روبرو هستند. بهینه‌سازی عملکرد شبکه‌های آب ضمن دارا بودن مزایای اقتصادی، می‌تواند از استفاده غیرضروری منابع جلوگیری کرده و تأثیرات زیست محیطی ناشی از آلودگی و انتشار گازهای گلخانه‌ای را به حداقل برساند. راهکار برنامه‌ریزی بهینه پمپ‌ها اخیراً به دلیل پیچیدگی طرح‌های تعرفه برق مورد توجه قرار گرفته است. انتخاب پمپ مناسب و استفاده از چند پمپ برای کاهش مصرف انرژی، یکی از مهم‌ترین راه‌کارهای کاهش مصرف انرژی در ایستگاه‌های پمپاژ می‌باشد. هدف اصلی کاهش شدت انرژی واحد محصول به‌طوری که سطح خدمات شرکت‌های آب کاهش نیابد، می‌باشد. یکی از مشکلات اصلی در پروژه‌های توزیع آب در کشور عراق، مصرف بالا و بی‌رویه انرژی است. در این مطالعه در راستای کاهش مصرف انرژی در ایستگاه‌‌ پمپاژ آب، ابتدا به مطالعه‌ی میدانی و شناخت المان‌های پمپاژ الحیدریه عراق پرداخته خواهد شد. سپس با بیان روش انتخاب بهترین آرایش پمپ و نیز شناسایی سیستم‌های موجود، الگوریتم شرایط کارکرد پمپ‌ها در نزدیکی نقطه بالاترین بازدهی پمپ و تأمین دبی و هد مورد نیاز، بیان می‌شود. نتایج شبیه‌سازی اولیه برای حالت فعلی شبکه نشان داد بیشترین و کمترین فشار سیستم به ترتیب در ساعت 6:00 روز دوشنبه و 13:00 روز شنبه رخ داده است. در ساعت 13 روز دوشنبه بیش از 85 درصد از نقاط شبکه دارای فشار کمتر از 5 متر با دو پمپ هستند. برای تغییر آرایش پمپ‌ها از بین ترکیب‌های مختلف، پمپ‌های دارای بازدهی بین 61 تا 81 درصد و دبی کارکرد بین 64 تا 106 درصد BEP انتخاب شدند. این ترکیب موجب کاهش میزان شاخص SEC تا 6600/0 کیلووات ساعت بر مترمکعب می‌گردد و ضمن برآورده کردن محدوده هد و دبی مورد نیاز، این آرایش‌های پمپی میزان مصرف انرژی را تا 4/25 درصد کاهش می‌دهد.

کلمات کلیدی: شبکه توزیع آب، انتخاب آرایش پمپی مناسب

5. عنوان پایان نامه:

مطالعه تجربی مبدل انرژی امواج چند محفظه‌ای با منطق ستون نوسانگر آب به منظور بررسی اثر پارامترهای هندسی و موج ورودی بر عملکرد سامانه

نام دانشجو	محمد فلاحی
رشته تحصیلی	مهندسی دریا
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت، دکتر مهدی یوسفی‌فر
سال انتشار	1400
استاد مشاور	دکتر بهراد علی‌زاده خارکشی

چکیده:

برای استحصال انرژی امواج دریا، مبدل‌های گوناگونی پیشنهاد شده‌اند که از جمله مبدل‌های پربازده می‌توان به ستون‌های نوسانگر آب اشاره نمود. عملکرد ستون‌های نوسانگر آب وابستگی زیادی به شرایط امواج دریا دارد. در این راستا مشخصه‌های امواج برخوردی و عمق آبخور تأثیر به‌سزایی بر راندمان و عملکرد مبدل خواهد داشت. در این تحقیق، عملکرد یک ستون نوسانگر دومحفظه‌ای تحت شرایط امواج دریای مازندران مورد ارزیابی تجربی قرارگرفته است. آزمون‌های تجربی در استخر موج گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل انجام شدند و مقیاس مدل آزمایشگاهی 1:10 در نظر گرفته شده است. پس از کالیبراسیون تجهیزات و آنالیز عدم قطعیت، مطالعات برای سه عمق آبخور 10، 15 و 20 سانتی‌متر و نیز برای هشت فرکانس موج در محدوده‌ی 4/0 تا 75/0 هرتز انجام شده است. در همه‌ی آزمون‌ها ارتفاع موج برخوردی ثابت فرض شده است. با توجه به نتایج، پاسخ هیدرودینامیکی مبدل به فرکانس طبیعی سامانه وابسته است؛ به‌طوری‌که اگر فرکانس موج برخوردی در محدوده‌ی فرکانس طبیعی سامانه نباشد، با افزایش فرکانس، راندمان به‌صورت خطی کاهش می‌یابد؛ اما برای حالتی که فرکانس موج برخوردی در محدوده‌ی فرکانس طبیعی سامانه قرار دارد، با افزایش فرکانس راندمان مبدل در ابتدا افزایش و سپس کاهش می‌یابد. همچنین اگر مبدل تنها از یک محفظه تشکیل شده باشد، توانی معادل 75 وات تولید می‌نماید؛ اما با قرار دادن محفظه‌ی دوم به‌صورت سری در پشت محفظه‌ی اول، توان مبدل تا 116 وات (55%) افزایش می‌یابد. نتایج بررسی عمق آبخور نشان می‌دهد که اگر فرکانس موج برخوردی در محدوده‌ی فرکانس طبیعی نباشد، مبدل در کمترین عمق آبخور (10 سانتی‌متر) عملکرد بهتری دارد. درحالی‌که اگر فرکانس موج برخوردی در محدوده‌ی فرکانس طبیعی باشد، مبدل در بیشترین عمق آبخور (20 سانتی‌متر) بهترین عملکرد را خواهد داشت. شایان‌ذکر است که در محدوده‌ی خارج از فرکانس طبیعی، عمق آبخور تأثیر زیادی بر راندمان ندارد. به‌گونه‌ای که توان تولید شده در عمق آبخور 10 سانتی‌متر در مقایسه با عمق آبخور 20 سانتی‌متر، 8/3 % افزایش می‌یابد؛ اما در محدوده‌ی فرکانس طبیعی و به‌واسطه‌ی رزونانس، توان تولید شده در عمق آبخور 20 سانتی‌متر 3/27 % بیشتر از توان تولید شده در عمق آبخور 10 سانتی‌متر می‌باشد.

کلمات کلیدی: انرژی موج، ستون نوسانگر آب دو محفظه‌ای، مطالعه تجربی، توان، فرکانس رزونانس

6. عنوان پایان نامه:

کالیبراسیون شبکه آزمایشگاهی توزیع آب دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل به‌منظور استخراج تابع هدف جهت شناسایی محل شکستگی

نام دانشجو	قاسم صالحی ملکشاه
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک_ تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت
سال انتشار	1401
استاد مشاور	-

چکیده:

وجود نشت در شبکه‌ها و خطوط انتقال آب به‌تناسب اندازه آن، موجب تغییرات در مشخصات هیدرولیکی آن شبکه‌ها و یا خطوط انتقال آب می‌شود؛ بنابراین این تغییرات شاخصی برای مشخصات نشت شامل مقدار و محل آن هستند. هدف این پژوهش ارائه توابع هدف ریاضی جهت تعیین مقدار و محل نشت در شبکه‌ها و خطوط انتقال آب بود. بدین منظور از مدل‌سازی و کالیبراسیون یک شبکه آزمایشگاهی، مدل‌سازی 1440 سناریوی مختلف در مقادیر و نقاط مختلف نشت در شبکه با استفاده از نرم‌افزار ایپانت و درنهایت آموزش یک شبکه عصبی مصنوعی استفاده شد. داده‌های ورودی موردنیاز به توابع هدف مقدار و محل نشت شامل: دبی ورودی به شبکه و فشار نقاط در درصد مشخصی از نقاط شبکه بود. تابع هدف به‌دست‌آمده برای تعیین مقدار نشت در 98.61% پیش‌بینی‌ها دارای حداکثر خطای 0.19% نسبت به بیشترین مقدار نشت لحاظ شده در شبکه بود و تابع هدف به‌دست‌آمده برای تعیین محل نشت در 76.18% پیش‌بینی‌ها دارای حداکثر خطای نسبی زیر 5.94% بود. بررسی‌های انجام‌شده نشان داد توابع هدف مقدار نشتی که در آموزش آن از داده‌های سناریوهای مدل‌سازی شده نقاط بالادست جریان استفاده‌شده باشد، پیش‌بینی دقیق‌تری از مقدار نشت داشتند؛ اما این موضوع برای توابع هدف محل نشت به‌صورت عکس بود. همچنین ثابت شد که عدم قطعیت موجود در تعیین محل نشت شبکه‌های انتقال آب بیشتر از مقدار آن بود. این موضوع برای هزینه، زمان و انرژی صرف شده نیز صادق بود. درمجموع نتایج به‌دست‌آمده نشان دادند که استفاده از این روش جهت تعیین مقدار و محل نشت در شبکه‌ها و خطوط انتقال آب ازجمله روش‌های کارآمد، دقیق و ارزان است. ازجمله دشواری‌ها در اجرای این روش زمان‌بر بودن اجرای سناریوهای بسیار زیاد نشت در آن بود. این موضوع برای شبکه‌های واقعی و بزرگ چالش‌برانگیزتر خواهد بود که توصیه می‌شود با تهیه یک برنامه کامپیوتری و هماهنگ‌سازی آن با نرم‌افزار ایپانت، آن را حل کرد. در انتها برای پژوهش‌های آتی پیشنهاد می‌شود از این روش در شبکه‌های انتقال آب واقعی به‌عنوان مطالعه موردی استفاده شود.

کلمات کلیدی: نشت، نشت یابی، مدلسازی عددی، شبکه انتقال آب، کالیبراسیون، شبکه عصبی مصنوعی

7. عنوان پایان نامه:

مطالعه عددی اثر تغییرات هندسه ورودی ستون نوسانی آب بر بهبود عملکرد آن تحت شرایط امواج دریای مازندران

نام دانشجو	سید سینا رضوی
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت
سال انتشار	1400
استاد مشاور	-

چکیده:

مشکلات زیست محیطی فراوان سوخت‌های فسیلی، موجب گسترش تحقیقات بر انرژی‌های تجدیدپذیر شد. چگالی بالای امواج دریا در تولید انرژی، نشان‌دهنده‌ی پتانسیل بالای توسعه مبدل‌های امواج می‌باشد. در میان انواع مبدل‌های انرژی امواج، ستون نوسانی آب به دلیل سادگی در ساختار، نداشتن تجهیز متحرک، خوردگی پایین مبدل در مقایسه با دیگر مبدل‌های انرژی امواج و داشتن هزینه تعمیر و نگهداری اندک تحقیقات زیادی را به خود اختصاص داده است. در این پژوهش، یک ستون نوسانی آب با مقیاس 1:10، به ابعاد100×100×160 سانتی‌متر با ارتفاع دهانه‌ی ورودی متغیر و عمق آبخور ثابت 25 سانتی‌متر و قطر اوریفیس 10 سانتی‌متر مورد مطالعه عددی-تجربی قرار گرفت. بر اساس تست‌های انجام‌شده، مشخص شد که در دامنه‌ی امواج دریای مازندران با افزایش فرکانس موج برخوردی راندمان کاهش می‌یابد، به‌گونه‌ای که در بالاترین فرکانس، راندمان سامانه کاهش چشمگیری پیدا می‌کند، برای حل این مشکل، تغییر در هندسه ستون نوسانی موردبررسی قرار گرفت و در بالاترین فرکانس، شبیه‌سازی عددی با نرم‌افزار اپن فوم انجام شده است. مدل‌سازی عددی به صورت سه بعدی، دو فازی و جریان مخشوش با استفاده از معادلات RANS و در نرم‌افزار متن باز OpenFOAM انجام‌شد. شرایط توربولانسی با استفاده از مدل SST K-ω شبیه‌سازی شد و برای تولید امواج با استفاده از موج ساز، شرط مرزی دیواره متحرک تعیین و برای اعمال شرط مرزی متناسب با شرایط ساحل، شرط مرزی مناسب توسعه یافت، همچنین برای حل معادلات از حل‌گر OlaFlow استفاده شد. تغییر در هندسه ابتدا با تغییر در ارتفاع دهانه ورودی ستون نوسانی در دو ارتفاع 75 و 85 سانتی‌متر و سپس اضافه کردن دریچه در زوایای مختلف 0، 20 و 40 درجه بررسی شد، نتایج مطالعه عددی با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه‌سازی شد تا زاویه‌ی بهینه برای دستیابی به راندمان بیشینه به دست آید. نتایج نشان می‌دهد با افزایش 10 سانتی‌متر در ارتفاع دهانه ورودی ستون نوسانی آب با ثابت نگه‌داشتن عمق آبخور و شرایط امواج، توان بیشینه خروجی از سامانه 54% افزایش داشته است، اما افزایش زاویه اسلاشینگ، اثرات تخریبی موج را افزایش می‌دهد، درنتیجه برای کاهش اثرات تخریبی در کنار افزایش بازده سامانه، در دهانه ورودی ستون نوسانی دریچه افزوده شد. پس از بهینه‌سازی نتایج مشخص شد، اضافه کردن دریچه در ورودی ستون نوسانی آب در ارتفاع دهانه 85 سانتی‌متر در زاویه 30 درجه در مقایسه با حالت بدون دریچه، موجب افزایش توان بیشینه خروجی تا 13% و کاهش اثرات تخریبی موج تا کمی بیشتر از 50% گردید. بررسی نتایج نشان می‌دهد ارتفاع دهانه ورودی ستون نوسانی آب یکی از عوامل مؤثر در بهبود عملکرد ستون نوسانی آب است، همچنین تغییر در هندسه ستون نوسانی آب با استفاده از قرار دادن دریچه علاوه بر توان بیشینه خروجی بر اثرات تخریبی موج نیز مؤثر خواهد بود.

کلمات کلیدی: مطالعه عددی، ستون نوسانی آب، دریای مازندران، بهینه‌سازی، بهبود عملکرد، تغییر هندسه

8. عنوان پایان نامه:

مطالعه آزمایشگاهی یک آب شیرین کن خورشیدی با مکانیزم رطوبت زنی رطوبت گیری به منظور بررسی مشخصه های عملکردی

نام دانشجو	احسان جعفرپور
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت ، دکتر کورش صدیقی
سال انتشار	1400
استاد مشاور	-

چکیده:

فرآیند رطوبت‌زنی- رطوبت زدایی (HDH) برای تولید آب شیرین از آب شور در دماهای کاری پایین استفاده میشود.در این فرآیند از یک منبع با دمای پایین مانند انرژی خورشیدی برای تامین حرارت مورد نیاز فرآیند استفاده می شود. اگرچه این منابع گرمایی با حداقل هزینه عملیاتی در دسترس هستند، یک طراحی حرارتی بهینه برای به حداکثر رساندن نرخ تولید آب برای ورودی حرارتی معین مورد نیاز است. این سیستم تشکیل شده از: واحدهای رطوبت‌زن، رطوبت‌ زدا و هوا گرم‌کن خورشیدی است. برای انجام این تحقیق، ابتدا به طراحی این سیستم پرداخته ‌شده است. سپس، به فرآیند ساخت هوا گرم‌کن خورشیدی،سیستم رطوبت‌زن وسیستم رطوبت زدای سیستم آب‌شیرین‌کن پرداخته ‌شد. پس از ساخت سیستم آب‌شیرین‌کنHD، سیستم مورد نظر جهت بررسی تأثیر پارامترهای مختلف نظیر دبی و دمای آب‌وهوای ورودی به واحد رطوبت‌زن، دبی و دمای آب ورودی به واحد رطوبت‌ زدا بر بهره وری سیستم و میزان نرخ تولید آب شیرین مورد آزمایش قرار ‌گرفت. یک مطالعه پارامتری از عملکرد سیستم های ساعتی و روزانه در پارامترهای عملیاتی مختلف ارائه شده است. نتایج نشان می دهد که: (الف) قرار دادن کلکتورهای خورشیدی در سیستم های HDH برای گرمایش هوا و آب به طور قابل ملاحظه ای عملکرد سیستم را افزایش می دهد. (ب) بهره وری آب شیرین همه سیستم ها در حالت باز کار با افزایش دما و رطوبت هوای بیرون افزایش می یابد. (ج) در رطوبت کم در فضای باز، عملکرد سیستم در حالت بسته عملکرد بالاتر از حالت عملکرد باز است و برعکس در رطوبت بالا در فضای باز صادق است. همچنین، بهترین دبی آب ورودی به رطوبت‌گیر مقدار33/0کیلوگرم بر ثانیه است. جهت انجام آزمایش چند آزمون روزانه در روزهای مختلف آفتابی ونیمه ابری وابری انجام‌شده است. دمای هوای ورودی در یک روز آفتابی برابر با 27 درجه سانتی‌گراد در ساعت 8 صبح و دبی ثابت هوای ورودی برابر با044/0 کیلوگرم بر ثانیه و دبی آب ورودی نیز متغیر است. همچنین برای اندازه‌گیری دما و رطوبت نقاط مختلف حس‌گرهایی جهت اندازه‌گیری دما و رطوبت هوای ورودی به رطوبت‌زن، دما و رطوبت هوای ورودی به رطوبت‌ زدا و دما و رطوبت هوای خروجی از رطوبت‌ زدا استفاده‌شده است. این آزمایش در دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل انجام‌شده است.

کلمات کلیدی: انرژی خورشیدی، آب شیرین‌کن، رطوبت زن، رطوبت گیر، هوا گرم‌کن

9. عنوان پایان نامه:

مطالعه تجربی به‌منظور بررسی عملکرد یک چگالنده ترموالکتریک در فرآیند خنک کاری آب‌شیرین کن رطوبت زن-رطوبت زدا

نام دانشجو	مهدی رضایی راد
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت
سال انتشار	1401
استاد مشاور	-

چکیده:

امروزه یک مشکل بزرگ و اساسی در بسیاری از نقاط جهان به‌خصوص مناطق گرمسیری تأمین آب شیرین است. با توجه به تغییرات آب هوایی در چند سال اخیر این مشکل از حالت محلی و نقطه‌ای به حالت فراگیر در بسیاری از کشور‌ها تبدیل‌ شده است. از طرفی افزایش جمعیت، گسترش صنایع و همچنین گسترش کشاورزی موجب بالا رفتن سرانه مصرف آب شده است. محدود بودن منابع آب شیرین دولت‌ها را به سمت تولید آب شیرین کشانده است. حائز اهمیت است که تولید آب شیرین همراه با مصرف کم انرژی صورت گیرد؛ بنابراین محققان همواره به دنبال راهی بهینه برای تولید آب شیرین بوده‌اند. امروزه انرژی‌های تجدید پذیر به‌عنوان انرژی پاک، ارزان و قابل‌دسترس معرفی می‌شوند. بدیهی است استفاده از این انرژی‌ها برای تولید آب شیرین بسیار مناسب است. آب‌شیرین‌کن‌های HDH به علت داشتن مزایایی از قبیل مصرف کم انرژی، انعطاف‌پذیری و همچنین بازده بالا گزینه مناسبی برای تولید آب شیرین با استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر است. کشور ما نیز به علت داشتن شرایط جغرافیایی خاص، از تشعشع باکیفیت خورشید در اکثر روزهای سال برخوردار است؛ بنابراین استفاده از انرژی خورشیدی گزینه مناسبی برای شیرین‌سازی آب با سیستم HDH در ایران است. در این مطالعه‌ی تجربی یک مدل آب‌شیرین‌کن رطوبت‌زن-رطوبت‌زدای خورشیدی از نوع آب‌باز-هواباز (OAOW) پیشنهاد شده است که در واحد رطوبت‌زدا از یک چگالنده نوین با ماژول‌های ترموالکتریک استفاده شده است. آزمایش‌ها تحت شرایط آب و هوایی استان مازندران (شهر بابل) در شمال ایران انجام شدند و تأثیر دما و دبی هوای ورودی بر روی مشخصه‌های عملکردی آب‌شیرین‌کن و چگالنده به‌منظور ارتقاء عملکرد مورد بررسی قرار گرفت. اطلاعات مربوط به دما و رطوبت سیال در چرخه با استفاده از سنسور در نقاط مختلف اندازه‌گیری و سایر اطلاعات نیز به کمک نمودار سایکرومتریک و نرم‌افزار EES استخراج شدند. در بخش نتایج میزان تولید آب، GOR، ضریب عملکرد چگالنده (COP) و نیز بازده چگالنده مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد، بیشترین تولید آب برابر 420 گرم بر ساعت و بیشترین GOR برابر 19/0 می‌باشد. همچنین، با افزایش دمای هوا ورودی، نرخ تولید آب و COP افزایش می‌یابد. در دماهای کمتر از 75 درجه سلسیوس به علت نزدیک شدن هوا به حالت اشباع، نقطه پیک نمودار تولید آب و نیز COP در دبی 022/0 کیلوگرم بر ثانیه رخ می‌دهد. در دماهای بالا افزایش دبی موجب افزایش تولید آب و نیز افزایش COP در چگالنده می‌شود؛ به‌طوری که در بالاترین وضعیت به 80 درصد می‌رسد. طبق آنالیز اقتصادی انجام شده برای مدل پیشنهادی، هزینه تولید هر لیتر آب شیرین در سال 049/0-098/0 دلار است.

کلمات کلیدی: آب شیرین‌کن خورشیدی ، چگالنده ترموالکتریک

10. عنوان پایان نامه:

مطالعه ی تجربی یک توربین جزر و مدی محور افقی به منظور بررسی اثرات زاویه ی پیچ پره و جهت جریان بر عملکرد آن در حضور امواج سطحی

نام دانشجو	امیرحسین فرهودی
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت
سال انتشار	1401
استاد مشاور	مهندس سمیه فیضی

چکیده:

توربین‌های محور افقی مبدل‌های مناسبی برای استخراج انرژی جزر و مد می‌باشند. این پژوهش به بررسی اثر زاویه‌ی پره، مقاومت الکتریکی، شرایط امواج، سرعت و جهت جریان بر مشخصه‌های عملکردی توربین جزر و مدی در استخر کشش می‌پردازد. مدل آزمایشگاهی یک توربین جزر و مدی از نوع سه‌پره‌ای با قطر روتور 15/1 متر و مقیاس 1:6 می‌باشد. منطقه تنگه خوران-کانال قشم در جنوب ایران، پس از بررسی پتانسیل جزر و مدی، برای نصب توربین انتخاب شد. آزمون‌های تجربی پس از کالیبراسیون تجهیزات و آنالیز عدم قطعیت انجام شدند؛ همچنین، از روش تاگوچی برای طراحی‌آزمون و بهینه‌سازی پارامتر‌ها استفاده شد. آزمون‌های تجربی برای بررسی تاثیر موج بر عملکرد توربین، در دو حالت آب آرام و مواج انجام شدند. نتایج نشان دادند، توان، گشتاور، دور روتور و تراست رابطه مستقیم با سرعت جریان دارند؛ ولی ضریب توان و ضریب گشتاور در نسبت سرعت‌های مختلف نوک پره تغییرات غیرخطی (سهمی‌گون) خواهند داشت. عملکرد مبدل در حضور امواج همواره بهتر از حالت بدون موج است، البته موج برخوردی در مقایسه با سایر پارامتر‌های متغیر موثر بر توربین جزر و مدی، تأثیر کمتری بر عملکرد مبدل دارد؛ بیشترین میزان افزایش ضریب توان (تا 1/31 درصد) و ضریب گشتاور (تا 6/23 درصد) مربوط به زاویه حمله پره °77/18 می‌باشد. برای تنظیم زاویه‌ی حمله‌ی پره از معیار فاصله‌ی لبه‌ی فرار از یک سطح مبنا استفاده شد. به طور کلی زاویه بهینه‌ی پره در بازه‌ی [35-30] میلی‌متر قرار می‌گیرد؛ ولی با بررسی‌های دقیق‌تر، زاویه حمله‌ی بهینه‌ی پره برای حالت با موج 35 میلی‌متر (°77/18) و برای حالت بدون موج 30 میلی‌متر (°72/22) به‌دست آمد. . مقاومت الکتریکی بهینه نیز به‌عنوان معیاری از بار بهینه، با تنظیم رئوستا، برابر با 20 اهم به‌دست آمد که بازدهی سیستم، در بازه 11% تا 40% افزایش یافت. در جریان بالادست بیشترین ضرایب توان و گشتاور به‌ترتیب 219/0 و 033/0 به‌دست آمد که مربوط به نسبت سرعت نوک پره برابر با 62/6 در موج با عدد بی‌بعد 4375/3 می‌باشد همچنین مقادیر بهینه ضریب توان و ضریب گشتاور در حالت بدون موج در نسبت سرعت نوک پره برابر با 18/7 به‌ترتیب برابر با 205/0 و 0286/0به‌دست آمده است. در جریان پایین‌دست چه در حالت با موج و چه بدون موج زاویه حمله پره °77/198 بهینه است، نتایج تحلیل نشان می‌دهد بازدهی توربین در زاویه °72/22 جریان بالا‌دست بیشتر از °72/202 جریان پایین‌دست است که در شرایط واقعی مکانیزم طراحی پایه توربین بصورت چرخشی همراه با تغییر زاویه حمله پره توربین بازدهی بیشتری برای مهار کردن جریان‌های دو جهته دارد تا توربین مکانیزم چرخشی نداشته باشد و دارای و پایه ثابت جاذبه‌ای به‌همراه تغییر زاویه تا °180 باشد.

کلمات کلیدی: توربین جزر و مدی، توربین جزر و مدی محور افقی، مطالعه تجربی، زاویه حمله، تانک کشش، استخر کشش

11. عنوان پایان نامه:

ارزیابی عددی و تجربی عملکرد سیستم انتقال توان هیدرولیکی به منظور به‌کارگیری در مبدل موج هزارپایی

نام دانشجو	مژگان آقانژاد
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت
سال انتشار	1400
استاد مشاور	دکتر رضوان عالمیان

چکیده:

بهره‌وری انرژی از ابتدای تاریخ تمدن انسان موردتوجه بوده است و از مظاهر آن می‌توان تغییر و تحول پس از کشف آتش را نام برد. پایان‌پذیری انرژی حاصل از سوخت‌های فسیلی، جهان امروز را نیازمند استفاده از منابع دیگری می‌نماید. در طی دهه گذشته، امواج دریاها و اقیانوس‌ها با دارا بودن چگالی انرژی بالا، در میان منابع انرژی تجدیدپذیر بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. به‌صورتی که امروزه نمونه‌هایی چند از مبدل‌های انرژی امواج در مقیاس صنعتی در حال طی کردن مراحل نهایی آزمایش‌ها و حتی بهره‌برداری هستند. در ایران، با توجه به موقعیت مناسب دریای مازندران به لحاظ جغرافیایی و همچنین قدرت مناسب امواج آن، بهره‌برداری از این منبع در مرکز توجه است. نمونه 1:1 مبدل موج هزارپایی پس از طی مراحل مقیاس کوچک و همچنین تست خشک، برای انجام تست‌های آزمایشگاهی در استخر موج دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل آماده گشته است. یکی از بخش‌های بسیار مهم در مبدل‌های انرژی امواج، سامانه‌ی انتقال توان می‌باشد. در این مطالعه، سامانه‌ی انتقال توان مناسب برای مبدل‌های هزارپایی، سامانه انتقال توان هیدرولیکی درنظر گرفته شده و در مقیاس آزمایشگاهی مورد ارزیابی و تحلیل قرار گرفته است. این مبدل با نام IRWEC2 دارای یک بویه نیم‌کروی بوده که با برخورد موج به حرکت در آمده و متعاقبا بازو و سیلندر هیدرولیک را راه‌اندازی می‌نماید. با حرکت سیلندر هیدرولیک، سیال (روغن هیدرولیکی) توان ناشی از موج را به هیدروموتور رسانده و به‌صورت گشتاور نمودار می‌شود. گشتاور ناشی از هیدروموتور، محور ژنراتور را فعال می‌نماید. در بخش مطالعه عددی در ابتدا برای بررسی هیدرودینامیک جاذب موج از نرم افزار نمو و با استفاده از روش المان مرزی بهره‌گیری شده و برای طراحی سامانه‌ی انتقال توان هیدرولیکی و ارزیابی اولیه‌ی عملکرد سامانه‌ی PTO، از نرم‌افزار امسیم استفاده شده است. استخراج از مبدل‌های امواج در مقیاس صنعتی نیازمند بهینه‌سازی در آزمایشگاه است. با توجه به استفاده از دو بویه‌ی مجزا، برای استخراج عملکرد بهینه‌ی سامانه‌ی انتقال توان از پیکریندی‌های مختلف سری و موازی برای به‌کارگیری سیلندرهای هیدرولیک مجزا برای هر بویه استفاده شده است. مشخصات موج ورودی، بار مقاوم و نیز میزان گشودگی شیر کنترل جریان، به‌عنوان مهم‌ترین پارامترهای تأثیرگذار بر روی عملکرد مبدل تعریف شده‌اند که مقدار ماکزیمم خروجی ژنراتور در مقادیر معینی از پارامترهای نام‌برده به‌دست می‌آیند. در ابتدا برای اعتبارسنجی فرایندهای تعریف‌شده، نتایج به‌دست آمده از شبیه‌سازی با نرم‌افزار امسیم با نتایج تجربی مقایسه شده است که نتایج شبیه‌سازی‌ها هم‌خوانی بسیار خوبی با نتایج تجربی داشته‌اند. امواج ورودی مسئله که مطابق با ویژگی‌های امواج دریای مازندران می‌باشد، در استخر موج دانشگاه نوشیروانی بابل شبیه‌سازی شده است. نتایج تست‌های تجربی نشان می‌دهند تغییر در گشودگی شیر کنترل جریان در بازه امواج تست شده، توان خروجی از ژنراتور را به‌صورت جزئی تحت تاثیر قرار می‌دهد. اما تغییرات مقاومت رئوستا، توان ژنراتور را به شدت تحت تاثیر قرار داده است؛ به این صورت که در تمام حالت‌های امواج برخوردی، توان به تدریج افزایش یافته تا به مقدار ماکزیمم برسد و سپس کاهش می‌یابد. اتلاف در مدار هیدرولیکی بسیار ناچیز بوده، اما در مهمترین بخش مدار که هیدروموتور است، افت فشار بسیار بالا بوده و حائز اهمیت است؛ زیرا قریب به تمام انرژی تلف شده در این المان به توان ژنراتور تبدیل می‌گردد. از میان پیکربندی‌های مختلف مورد تست نیز، حالت سیلندر تنها دارای بالاترین میزان بازدهی سیستم انتقال توان می‌باشد که برابر با 26 % بوده و ترکیب موازی دارای بالاترین میزان توان خروجی ژنراتور است که در این حالت، بازدهی و توان خروجی به ترتیب برابر با 23 % و 43/46 وات است.

کلمات کلیدی: مبدل موج هزارپایی، سیستم انتقال توان هیدرولیکی، تست تجربی، نرم افزار امسیم، نرم افزار نمو، استخر موج

12. عنوان پایان نامه:

شبیه سازی عددی یک پروانه نیمه مغروق به منظور بررسی اثر مقیاس بر عملکرد پروانه

نام دانشجو	هرانوش داودی
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت
سال انتشار	1400
استاد مشاور	دکتر عبدالرضا یوسفی

چکیده:

پروانه نیمه مغروق یکی از انواع سیستم های پیش رانش دریایی است. این نوع پروانه به دلیل داشتن ویژگی‌های مطلوب کاربرد زیادی در شناورهای سبک و تندرو پیدا کرده‌است. از مزایای این نوع پروانه می‌توان به مواردی چون بازدهی و سرعت بالا نسبت به پروانه مغروق، کاهش درگ و جلوگیری از پدیده‌ی کاویتاسیون اشاره کرد. یکی دیگر از مزایای پروانه نیمه مغروق عدم وجود محدودیت قطر است. این پروانه می‌تواند برای ایجاد پیشرانش بیشتر در ابعاد بزرگ طراحی شود. با توجه به اهمیت شناخت خصوصیات هیدرودینامیکی این پروانه ها و بالا بودن هزینه‌ی ساخت و تست آزمایشگاهی آنها، شناخت تاثیرات مقیاس از مسائل مهم در این حوزه می باشد. همچنین عملکرد پروانه‌ی نیمه مغروق در فصل مشترک آب و هوا سبب پیچیدگی مقیاس بندی برای آزمایش مدل نسبت به پروانه‌ی معمولی شده است. از این رو در کار حاضر با در نظر گرفتن محدودیت‌ها، شرایط عملکردی به گونه‌ای معرفی شود که عملکرد پروانه مستقل از ابعاد باشد. بدین منظور شبیه سازی عددی در کد تجاری انسیس‌فلوئنت بر مینای روش حجم محدود انجام شده‌است. برای تحلیل از شرایط گذار استفاده شده‌است. مدل توربولانسی k-ω SST مورد استفاده قرار گرفت و جهت بررسی توزیع دوفاز از روش حجم سیال استفاده شد. به منظور بررسی اثر مقیاس شبیه‌سازی برای پروانه‌ی 5 پره در سه قطر مختلف انجام شده‌است. نتایج عددی با ضرایب عملکردی، شکل هوادهی و ویک انتهایی جریان مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است. برای پروانه در سه سایز، اختلاف بسیار کمی در ضرایب تراست و گشتاور مشاهده شد. ویک انتهایی برای پروانه در سه سایز مختلف از پروانه مورد مقایسه قرار گرفته است. در هر ضریب پیشروی نسبت قطر ویک به قطر پروانه و گام ویک به قطر پروانه با پیشروی ویک دارای مقداری بسیار نزدیک به هم است. در هر ضریب پیشروی شکل هوادهی و نسبت طول هوادهی شده در مقطع خاصی از پره دارای اختلاف زیادی نیست. همه‌ی این موارد نشان از این دارد، که محدوده‌ی تعیین شده برای پارامتر های بی بعد برای استقلال از ابعاد نسبتا مناسب است.

کلمات کلیدی: پروانه نیمه مغروق، روش حجم سیال، اثر مقیاس، جریان ویک، فلوئنت، پدیده هوادهی

13. عنوان پایان نامه:

بررسی عددی عملکرد هیدرودینامیکی یک شناور دوبدنه پروازی به‌منظور بررسی پایداری طولی شناور

نام دانشجو	علی ابراهیمی
رشته تحصیلی	مهندسی دریا
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت، دکتر مهدی یوسفی فرد
سال انتشار	1401
استاد مشاور	-

چکیده:

امروزه شناور‌های تندرو برای اهداف مختلف نظامی، تفریحی و مسافربری استفاده می‌شوند. بر این اساس تحلیل دقیق بدنه در حالت‌های مختلف، نقش مهمی در بهبود عملکرد و افزایش ایمنی شناور خواهد داشت. بر این مبنا در پژوهش حاضر عملکرد یک شناور دوبدنه پروازی به‌منظور بررسی پایداری طولی شناور از منظر هیدرودینامیکی و آیرودینامیکی با به‌کارگیری روش عددی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. در این راستا به‌صورت محدود آزمون‌های تجربی در حوضچه‌ی کشش، در محدوده‌ی عدد فرود 49/0 تا 9/2 در دو درجه‌ی آزادی انجام شده است و سپس نتایج شبیه‌سازی عددی با نتایج مشابه آزمایشگاهی اعتبارسنجی گردیده است. در ادامه با توسعه‌ مطالعه‌ی عددی، عملکرد هیدرودینامیکی و آیرودینامیکی شناور در سناریوهای وزنی 3/5، 6/4 و 4 کیلوگرم مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده از این تحلیل‌ها نشان می‌دهد که در سناریوهای وزنی مذکور در حالت حرکتی پروازی نسبت به جابه‌جایی سهم سیال هوا در مقاومت فشاری به ترتیب 55، 40 و 60 درصد افزایش‌ یافته است. در صورتی که سهم هوا در مقاومت اصطکاکی به طور میانگین به کمتر از 15% می‌رسد. همچنین در حالت پروازی سهم هوا در نیروی برا کل در سناریوهای وزنی مذکور به بیش از 70، 60 و 50 درصد می‌رسد؛ در صورتی که در حالت جابه‌جایی کمتر از 10% است. ناحیه‌ی از کف شناور که تحت‌تأثیر بیشترین فشار قرار دارد در سناریوهای وزنی اول و سوم به ترتیب در اعداد فرود 9/2 و 4/2، حول مرکز ثقل جابه‌جا می‌گردد و موجب ایجاد ناپایداری طولی پورپویزینگ شده است. اما در سناریو وزنی دوم چنین حالتی رخ نمی‌دهد و ناپایداری به وجود نمی‌آید. در ادامه به‌منظور بهبود پایداری طولی شناور با استفاده از روش طرح آزمایش تاگوچی مکان بهینه پله‌های عرضی در طول شناور تعیین گردیده است و محدوده پایداری و سرعت شناور در سناریوهای وزنی مورد بررسی افزایش یافته است. نتایج به دست آمده نشان داد که با قرارگیری پله‌های عرضی در مکان بهینه، ناپایداری پورپویزینگ در شناور تا عدد فرود 9/2 رفع شده است. در حالت پروازی مقاومت شناور در حالت بهینه‌ پله‌های عرضی نسبت به حالت اولیه برای سناریوهای وزنی ذکر شده به ترتیب 12، 5/9 و 6/6 درصد کاهش یافته است. همچنین در شرایط مشابه نیروی برا وارد بر شناور نیز برای سناریوهای وزنی مذکور به ترتیب 15، 10 و 7 درصد افزایش یافته است. در گام نهایی با استفاده از طراحی آزمایش تاگوچی، ابعاد بهینه گوه پاشنه به‌منظور افزایش محدوده پایداری طولی و سرعت شناور تعیین گردیده است و تأثیر آن در سناریوهای وزنی موردنظر تعیین و بررسی شده است. نتایج نشان داد که استفاده از گوه پاشنه موجب افزایش محدوده پایداری طولی و سرعت شناور در سناریوهای وزنی مورد بررسی گردیده است.

کلمات کلیدی: شناور دوبدنه پروازی، روش عددی، ناپایداری پورپویزینگ، آزمایش تاگوچی، پله عرضی، گوه پاشنه

14. عنوان پایان نامه:

شبیه‌سازی عملکرد خنک‌کاری یک موتور تک سیلندر دیزل با استفاده از نرم‌افزار GT POWER به منظور تبدیل به یک موتور دریایی

نام دانشجو	مهدی اسماعیلی
رشته تحصیلی	مهندسی دریا
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت، دکتر فتانه مرشد سلوک
سال انتشار	1401
استاد مشاور	-

چکیده:

با توجه به استفاده‌ی گسترده‌ی موتورهای احتراق داخلی در کاربری زمینی، این موتورها نسبت به موتور‌های دریایی، در دسترس و ارزان‌تر هستند. لذا در صورت عدم دسترسی به موتورهای دریایی با مشخصات ویژه، تبدیل کردن موتورهای احتراق داخلی با کاربری زمینی، به موتورهای دریایی، یک راه حل ارزنده است. در صورت امکان تبدیل موتورهای زمینی به دریایی، می‌توان از این موتورها در ابعاد و بازه‌ی توانی مختلف در انواع شناورها از جمله شناورهای تفریحی و ماهیگیری، شناورهای سبک و سنگین در صنایع نظامی و... استفاده کرد. در تغییر کاربری یک موتور احتراق داخلی جهت جلوگیری از هر گونه آسیبی، لازم است پارامترهای مختلفی مورد بررسی قرار گیرند، یکی از مهم‌ترین این پارامترها سامانه خنک‌کاری است؛ وظیفه این سیستم دفع حرارت اضافی تولید شده توسط موتوراست. در موتور‌های سبک زمینی عمدتاً از آب، جهت جذب حرارت و از یک مبدل هوا خنک برای کاهش دمای آب استفاده می‌شود، در حالی که موتورهای دریایی در یک محیط بسته قرار دارند و باتوجه به شرایط دریا نمی‌توان از مبدل هوا‌خنک برای کاهش دمای آن‌ها استفاده کرد؛ لذا برای خنک‌کاری این موتورها از آب دریا استفاده می‌شود. برای خنک‌کاری موتور با آب دریا از سیستم مدار خنک‌کاری باز استفاده می‌شود. هدف پروژه‌ی حاضر بررسی و امکان‌سنجی تغییر سیستم خنک‌کاری یک موتور تک‌سیلندر چهار زمانه‌ی آب خنک از کاربری زمینی به دریایی است. باتوجه به این که هزینه‌های بالای ساخت و تست آزمایشگاهی در این پروژه از نرم‌افزار شبیه‌سازی ترمودینامیکی Gt-suit جهت بررسی عملکرد سامانه‌ی خنک‌کاری و تأثیر آن بر عملکرد موتور استفاده شد. جهت امکان‌سنجی دریایی‌سازی موتور هدف، ابتدا عملکرد و دمای موتور پایه طی یک مطالعه‌ی تجربی مورد بررسی قرار گرفت، در مرحله‌ی بعد موتور پایه در نرم‌افزار GT Power شبیه‌سازی شد و نتایج حل عددی با نتایج آزمون تجربی صحت‌سنجی شد. در نهایت سیستم خنک‌کاری دریایی بر اساس بازه‌ی عملکردی موتور پایه طراحی و ادوات سیستم‌ خنک‌کاری دریایی طراحی شده و در مدل شبیه‌سازی اعمال شد. پس از شبیه‌سازی کامل موتور دریایی، تأثیر سیستم خنک‌کاری دریایی بر روی موتورمورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش مقادیر خروجی موتور از قبیل توان ترمزی، گشتاور، دمای موتور و فشار موثر متوسط ترمزی در دو حالت مورد بررسی قرار گرفته شد. تمامی موارد ذکر شده با طراحی سیستم خنک‌کاری پیشنهاد شده دریایی (مبدل حرارتی پوسته ولوله) مورد مقایسه با حالت پایه قرار گرفت. نتایج بدست آمده در دو حالت پایه و دریایی نیاز مسئله خنک کاری و پارامترهای مهم خروجی موتور را برآورده ساخت.

کلمات کلیدی: موتور احتراق داخلی، خنک کاری، مبدل حرارتی، دیزل، پوسته و لوله

15. عنوان پایان نامه:

مطالعه ی عددی یک سامانه مبدل انرژی ستون نوسانی آب به منظور ارزیابی مشخصه های عملکرد آن

نام دانشجو	وحید زواری
رشته تحصیلی	مهندسی دریا
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت
سال انتشار	1399
استاد مشاور	دکتر رضوان عالمیان

چکیده:

یکی از انواع انرژی‌هایی که امروزه مورد توجه بشر قرار گرفته است انرژی امواج می‌باشد و از بین روش-های استحصال نیز سامانه ستون نوسانی آب به دلیل توانایی ترکیب شدن با موج‌شکن در ساحل، دسترسی آسان به سازه‌ی سامانه و پایین آمدن هزینه‌های مربوط به تعمیرات و نگهداری، مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق یک سامانه ستون نوسانی آب از نوع ثابت به روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) با توجه به شرایط امواج دریای عمان در دو حالت دو‌بعدی و سه‌بعدی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته و با روش فراابتکاری سعی در ایجاد بهترین شرایط برای به‌دست آوردن بالاترین خروجی از این سیستم شده است. مدل عددی بر اساس معادلات رینولدز متوسط ناویر استوکس با مدل توربولانسی اصلاح شده و روش حجم سیال (Volume of Fluid) برای ایجاد سطح آب و هوا طراحی شده است. متغیرهایی که در توان خروجی سیستم موثر هستند عبارتند از: دور موتور موج‌ساز، دامنه موج، آبخور سیستم و ابعاد دهانه‌ی خروجی محفظه. با تغییر در هر کدام از این متغیرها، توان خروجی سیستم تغییر می‌کند. پارامترهایی که در بررسی دو بعدی مورد بررسی قرار می‌گیرند تا میزان توان خروجی سیستم را مشخص کنند عبارتند از: فشار مطلق محفظه و سرعت جریان هوای خروجی از دهانه‌ی محفظه. با تغییر در هر کدام از متغیرها، پارامتر‌های مذبور مورد بررسی قرار گرفتند تا بهینه‌ترین مقدار هر کدام از پارامترها بدست آید. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی‌های عددی، بهترین دور موتور برای موج‌ساز برابر با مقدار 25 دور بر دقیقه یا 618/2 رادیان بر ثانیه است و بهترین دامنه موج برای این سیستم برابر با 36 سانتی‌متر محاسبه شد. همچنین بهترین آبخور نیز برابر با 16 سانتی‌متر و ابعاد دهانه در 200 سانتی‌متر مربع بالاترین میزان توان را ایجاد کرد. همچنین در بررسی سه‌بعدی مبدل، تاثیرات آبخور و دامنه موج بر روی این سامانه مورد بررسی قرار گرفت و با توجه به مشخصات دریای عمان و سواحل مکران، آبخور 16 سانتی‌متر و دامنه موج 29 سانتی‌متر برای این مبدل اندازه‌گیری و بهینه شد.

کلمات کلیدی: انرژی امواج دریا، ستون نوسانی آب، شبیه سازی عددی، دینامیک سیالات محاسباتی، روش حجم سیال، بهینه سازی عددی، روش فرا ابتکاری

16. عنوان پایان نامه:

شبیه‌سازی موتور RCCI آزمایشگاه موتور دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل به منظور بررسی تأثیرات زمان و بازه‌ی پاشش

نام دانشجو	امیرحسین فخاری
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت ، دکتر امید جهانیان
سال انتشار	1399
استاد مشاور	دکتر سید صادق مطلبی حسن‌کلا

چکیده:

مدل احتراقی اشتعال تراکمی با واکنش‌پذیری کنترل‌شده به دلیل بازدهی بالا، کاهش مصرف سوخت و پتانسیل بالا در کاهش میزان آلایندگی یکی از استراتژی‌های جذاب احتراق دما پایین است این نوع از احتراق در سال‌های اخیر به دلیل نگرانی‌های جهانی در مورد تخریب محیط زیست ، قوانین سختگیرانه آلاینده‌ها، تخریب ذخایر نفت و افزایش قیمت سوخت‌های فسیلی مورد توجه قرار گرفته است. در این پایان‌نامه احتراق اشتعال تراکمی با واکنش‌پذیری کنترل شده، با سوخت ترکیبی دیزل و بنزین به کمک دینامیک سیالات محاسباتی به صورت کوپل با سینتیک مفصل شیمیایی شبیه سازی شده است. همچنین برای انجام شبیه سازی از نرم افزار AVL FIRE، با بکارگیری مدل توربولانسی k-ζ-f استفاده شده است هدف، بررسی اثر تغییر لحظه پاشش سوخت دیزل و تغییر طول دوره‌ی پاشش سوخت دیزل بر احتراق و آلایندگی می‌یاشد. در این راستا، اثرات تغییر لحظه پاشش سوخت دیزل از 20 تا 40 bTDC و تغییر بازه‌ی ‌پاشش سوخت دیزل در حالت‌های 0/29، 0/34، 0/43 و0/57 میلی ثانیه، در دور موتور ثابت 1150 دور بر دقیقه، بر فشار داخل سیلندر، نرخ آزاد سازی حرارت، فاز احتراق، بازده و میزان آلایندگی‌های مونو‌اکسید‌کربن، دی‌اکسید‌کربن، اکسید‌های نیتروژن و هیدروکربن‌های نسوخته مورد بررسی قرار گرفت. از جمله مهمترین نتایج این مطالعه می‌توان به کاهش آلایندگی NOX با آوانس لحظه پاشش سوخت به 40 درجه bTDC، اشاره کرد. همچنین با آوانس لحظه پاشش سوخت دیزل، احتراق سریع‌تر آغاز می‌شود. با افزایش بازه‌ی پاشش، بیشینه فشار داخل سیلندر کاهش می‌یابد و لحظه احتراق به تعویق می‌افتد. در نتیجه افزایش بیش از اندازه بازه پاشش سوخت می‌تواند برای موتور مضر باشد.

کلمات کلیدی: مدل احتراقی اشتعال تراکمی با واکنش پذیری کنترل شده، دینامیک سیالات محاسبه‌ای، مصرف سوخت، سوخت دیزلی، افشانش، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، احتراق اشتعال تراکمی با واکنش پذیری کنترل شده، احتراق دما پایین، دینامیک سیالات محاسباتی، لحظه پاشش سوخت، بازه‌ی پاشش سوخت

17. عنوان پایان نامه:

بررسی آزمایشگاهی تأثیر نسبت ترکیب سوخت بیودیزل به دیزل، بر روی عملکرد یک موتور اشتعال تراکمی

نام دانشجو	رضا بهاری
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت ، دکتر امید جهانیان
سال انتشار	1400
استاد مشاور	مهندس اشکان قائدی

چکیده:

بیودیزل‌ها عمدتاً از انواع مختلف روغن‌های گیاهی تولید می‌شوند و به‌‌عنوان جایگزینی مناسب برای سوخت دیزل معرفی شده‌اند. با وجود این‌که بیودیزل‌ها نسبت به سوخت دیزل، ارزش حرارتی کم‌تری دارند، اما به‌واسطه‌ی عدد ستان بالاتر و وجود اکسیژن در ساختار، در برخی از بارهای موتور عملکرد بهتری خواهند داشت. از آنجایی که قیمت بیودیزل تولید شده از روغن‌های گیاهی خوراکی خام بسیار بالا است، لذا روغن‌های پسماند و غیرخوراکی با هزینه‌ی پایین، به‌عنوان پتانسیلی برای تولید بیودیزل ترجیح داده می‌شوند. با توجه به تأثیر ساختار اسیدهای چرب بر ویژگی‌های سوخت بیودیزل نظیر عدد ستان، در این پژوهش سوخت بیودیزل با میزان اسید چرب اشباع بالا درنظر گرفته شده است. در این راستا پس از تولید سوخت بیودیزل از روغن پسماند پخت‌‌وپز با خصوصیاتی منطبق بر انجمن استاندارد و مواد آمریکا، برای ارزیابی تجربی عملکرد موتور در بارهای پایین، از ترکیب بیودیزل با سوخت دیزل در نسبت‌های حجمی مختلف (0%، 5% ، 10%،20%) استفاده شده است. آزمون‌های تجربی در یک موتور اشتعال تراکمی (CI) تک سیلندر با توان hp11، در چهار بار مختلف (BMEP: Idle ,1.2bar,1.6bar ,2.2bar) و سرعت ثابت rpm1150 انجام شده است. نتایج نشان می‌دهند که با توجه به دمای کارکردی موتور در بارهای مختلف، میزان تأثیر عدد ستان بر موقعیت احتراق سوخت و آزادسازی انرژی در سیلندر متفاوت است. در برخی از نمونه‌های مورد بررسی، استفاده از بیودیزل روغن پسماند با میزان اسید چرب اشباع بالا باعث بهبود مصرف سوخت ویژه ترمزی (BSFC) ، بازده تبدیل سوخت (η_f) و بازدهی احتراق (η_c) موتور شده است. بیشترین بهبود در بارهای bar2/1 و bar6/1 موتور دیده شد؛ به‌گونه‌ای که در بار bar6/1موتور و برای ترکیب B5(95 درصد سوخت دیزل با 5 درصد سوخت بیودیزل) ، بازدهی تبدیل سوخت 54/2 درصد نسبت به دیزل بهبود داشته است. بیشترین بازدهی تبدیل سوخت برای سوخت B20 و در بار bar2/2، برابر با 5/27 درصد به‌دست آمد که از بیشترین بازدهی مربوط به سوخت دیزل 22/1 درصد بیشتر بود. در بار bar2/1 موتور ترکیب B20 دارای کمترین بازدهی احتراق برابر با 55/85 درصد بوده که از ماکزیمم بازدهی احتراق دیزل 82/7 درصد کمتر بوده است. ترکیب B10 دارای ماکزیمم بازدهی احتراق برابر با 3/98 درصد در بار bar6/1 بوده که از ماکزیمم بازدهی احتراق دیزل در این بار 4/1 درصد بیشتر بوده است. همچنین در بار bar2/2 موتور ترکیب B5 ماکزیمم بازدهی احتراق مقدار 4/89 درصد را داشته که از ماکزیمم بازدهی احتراق دیزل در این بار 7/4 درصد بیشتر بوده است. در مجموع نتایج نشان می‌دهند که سوخت بیودیزل با روغن پسماند پخت‌وپز با میزان اسید اشباع بالا می‌تواند شرایط احتراقی و عملکردی موتور را در بارهای پایین بهبود می‌بخشد.

کلمات کلیدی: بیودیزل، روغن پسماند پخت و پز، موتور اشتعال تراکمی، عملکرد در بار پایین، اسید چرب اشباع بالا

18. عنوان پایان نامه:

بررسی تجربی اثرات مقیاس بندی بر روی مشخصه‌های عملکردی یک پروانه نیمه مغروق

نام دانشجو	معین بیکانی
رشته تحصیلی	مهندسی دریا
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت ، دکتر مهدی یوسفی فرد
سال انتشار	1401
استاد مشاور	دکتر عبدالرضا یوسفی

چکیده:

پروانه‌های نیمه‌مغروق به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که بهترین عملکرد و بیشترین راندمان را در بالاترین سرعت داشته باشند. علی‌رغم توسعه روش‌های عددی هنوز هم روش تجربی قابل‌اعتمادترین روش برای بررسی عملکرد هیدرودینامیکی یک پروانه نیمه‌مغروق است. در آزمون‌های تجربی امکان تعمیم نتایج مدل به نمونه اصلی بسیار مهم است. در این پژوهش، اثر مقیاس‌بندی بر دقت نتایج تجربی حاصل از آزمون‌های تونل آب بررسی‌شده است. در آزمون‌های تجربی هر چه قدر قطر پروانه مدل بزرگ‌تر باشد، امکان ارزیابی دقیق‌تر نتایج و نیز تعمیم نتایج از مدل ممکن به نمونه اصلی صحیح‌تر و با دقت بالاتر خواهد بود. در این راستا یکی از چالش‌های مهم، تعیین بزرگ‌ترین قطر مدل با توجه به محدودیت‌های بخش آزمون و اثرات دیواره است. برای این منظور، آزمون‌های تجربی برای سه پروانه نیمه مغروق با هندسه مشابه و قطرهای 125/0، 132/0 و 140/0 متر در ضرایب پیشروی و نسبت‌های مغروقیت مختلف در یک تونل آب سطح آزاد تعریف شدند. با توجه به اهمیت نسبت مغروقیت در عملکرد پروانه‌های نیمه‌مغروق، اثر نسبت مغروقیت نیز بر ضرایب هیدرودینامیکی تراست، گشتاور و بازدهی بررسی شده است. برای اندازه‌گیری تراست و گشتاور پروانه از یک دینامومتر دو مولفه‌ای استفاده شده است. مقایسه ضرایب هیدرودینامیکی پروانه‌ها در نسبت‌های مغروقیت و ضرایب پیشروی مختلف نشان می‌دهد، هرچند ضریب تراست پروانه با قطر 125/0 متر در نسبت بدون بعد مغروقیت 40/0 و در مقادیر بالاتر از ضریب پیشروی بحرانی اختلاف‌هایی با دو پروانه دیگر دارد اما می‌توان گفت ضریب تراست سه پروانه در نسبت‌های مغروقیت مختلف مطابقت مناسبی با یکدیگر دارند. درحالی‌که ضریب گشتاور پروانه با قطر 140/0 با ضریب گشتاور دو پروانه 125/0 و 132/0 مطابقت مناسبی ندارد. این عدم تطابق با افزایش نسبت مغروقیت افزایش می‌یابد؛ به‌گونه‌ای که در نسبت مغروقیت 70/0 به بیشترین مقدار می‌رسد. مطابقت ضرایب تراست و عدم تطابق ضرایب گشتاور سبب می‌شود تا بازده پروانه با قطر 140/0 نسبت به دو پروانه دیگر در همه نسبت‌های مغروقیت یک افزایش را تجربه کند; به‌طوری‌که با افزایش نسبت مغروقیت اختلاف افزایش می‌یابد. بررسی‌ها برای توجیه این پدیده نشان دادند که با افزایش نسبت مغروقیت، نسبت انسداد و در نتیجه اثرات نامطلوب دیواره‌های تونل بر جریان عبوری از دیسک پروانه افزایش می‌یابد و درنتیجه‌ی آن گشتاور پروانه با قطر 140/0 نسبت به دو پروانه دیگر کاهش خواهد یافت. از نگاهی دیگر نتایج نشان می‌دهد که افزایش نسبت مغروقیت سبب افزایش گشتاور در هر سه پروانه می‌شود ولی با توجه به نسبت انسداد و اثرات دیواره، افزایش گشتاور در نسبت‌های مغروقیت 40/0 تا 70/0 نسبت به دو پروانه دیگر بسیار کمتر است. هم‌چنین افزایش نسبت مغروقیت، تراست تولیدی هر سه پروانه را افزایش داده است؛ اما بازدهی با افزایش نسبت مغروقیت کاهش می‌یابد و بیشترین بازدهی برای هر سه پروانه در نسبت مغروقیت 40/0 به‌دست‌آمده است. با افزایش نسبت مغروقیت در هر سه پروانه، ضریب پیشروی بحرانی کاهش‌یافته است. همچنین منحنی گرادیان بازده سه پروانه در نسبت غوطه وری بهینه 40/0 نسبت به ضریب پیشروی نشان می دهد که حداکثر گرادیان بازده در محدوده 7/0تا 9/0 رخ می دهد.

کلمات کلیدی: پروانه نیمه مغروق، آزمون آزمایشگاهی، اثر مقیاس، نسبت مغروقیت، ضرایب هیدرودینامیکی

19. عنوان پایان نامه:

بهبود عملکرد سیستم توزیع آب با تحلیل مبتنی بر فشار و تنظیم ضریب امیتر

نام دانشجو	مهدی ضامنی کناری
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت
سال انتشار	1402
استاد مشاور	دکتر سعید محمد زاده نقارچی

چکیده:

در دهه‌های اخیر الزام مدلسازی شبکه‌های تاسیسات آبرسانی در تحلیل وضعیت فعلی آن و اتخاذ تصمیمات آینده، موجب گسترش تحقیقات گوناگون و روش‌های محسباتی مختلفی شده است. تعداد بسیار زیادی از این تحقیقات قابل استفاده در فضای فنی مهندسی و مطالعات میدانی برای شبکه‌هایی که در وضعیت غیرعادی مورد بهره برداری قرار می‌گیرند نمی‌باشند. بنابراین در این تحقیق سعی شده است تا از روش‌هایی استفاده شود تا بصورت میدانی مورد استفاده قرار گیرد. فرآیند مدیریت مصرف آب از مسیر مدیریت فشار می‌گذرد و این امر به‌کمک نرم افزار‌های تحلیل مهندسی امکان‌پذیر است. نکته‌ی قابل بحث در تمامی پژوهش‌ها مقدار دقت و اعتبار نتایج استخراج شده در عمل شبیه‌سازی نظیر مقدار پارامتر هیدرولیکی فشار، مقدار دیماند قابل برداشت آب در گره‌ها، سرعت و جریان آب در لوله‌هاست. در این تحقیق شبکه‌ی آب شهر گلوگاه در شهرستان بابل مورد بررسی قرار گرفت. به دلیل بروز اختلاف 1400 درصدی در نتایج‌ شبیه‌سازی شده‌ی فشار آب شبکه مورد بررسی با فشار واقعی گره های برداشت آب، نیاز به انجام عملیات کالیبراسیون در تحلیل این شبکه بوده است. این امر به‌کمک نرم‌افزار‌های Epanet، Watergem، Golden Surfer، Gis، Global mapper، Autodesk Cad و پایگاه داده‌های Google earth در تخصیص مقادیر کالیبره‌شده‌ی ورودی انجام شده است. نتایج بررسی‌ها نشان می‌دهد مقدار هدر رفت آب به قدری زیاد است که نیاز به کاهش 60 متر فشار در برخی از نواحی است. در این تحقیق پارامتر‌ کالیبراسیون لوله‌ها شامل ضریب زبری هیزن ویلیامز و پارامتر کالیبراسیون مقدار دیماند قابل برداشت، به کمک قابلیت ضریب دیماند و ضریب امیتر نرم‌افزار Epanet در شبیه‌سازی لحاظ شده است. برای تعیین مقدار مناسب ضریب دیماند و ضریب امیتر مقدار نشت ظاهری و واقعی شبکه مورد بررسی قرار گرفته است. مقدار دیماند نشت ظاهری به‌عنوان قید ضریب دیماند و مقدار نشت واقعی به‌عنوان قید ضرایب امیتر در فرآیند کالیبراسیون لحاظ شده است. به دلیل کمبود آب ناشی از هدر رفت به دلایل مختلف در شبکه‌ی مورد بررسی، آبرسانی در دو نوبت زمانی و بصورت نواحی مجزا انجام می‌شود. این درحالی است که با حذف مقادیر نشت، می‌توان به تمامی نقاط شبکه بطور متعادل و متوازن آبرسانی کرد. با توجه به شرایط این شبکه، فرایند کالیبراسیون و تحلیل، در دو بخش مجزا صورت گرفته است. چرا که با تغییر سطح آب مخازن و جریان لوله ها، مقدار فشار و متعاقبا مقدار هدر رفت آب به روش های مختلف در هر گره تغییر کرده و ضرایب قابل تخصیص به دیماند تغییر می‌یابد. بررسی‌های تولید و مصرف این شبکه نشان می‌دهد که مقدار تولید و تامین آب در این مجموعه مقدار 55 لیتر بر ثانیه و تنها مقدار 43/23 لیتر بر ثانیه ‌ازآن آب با درآمد است. بنابراین مجموعا مقدار 57/31 لیتر بر ثانیه از آب تولیدی این شبکه به ‌روش‌های مختلف به هدر رفته و غیرقابل بازگشت به چرخه‌ی مصرف می‌باشد. با توجه به گزارشات، مقدار تولید آب این شبکه در سال 1401 برابر 1710720 متر مکعب بوده است و مقدار 57 درصد آن به گونه‌های مختلف به هدر می‌رود که معادل 4/975110 متر مکعب در سال است. در بخش نتایج با تقسیم بندی شبکه به نواحی مجزای فشاری، مقدار هدر رفت به روش‌های مختلف و دیماند پایه بصورت پهنه فشاری ترسیم شده است.

کلمات کلیدی: مدیریت فشار، ضریب امیتر، آب بدون درآمد، کالیبراسیون، ایپانت

20. عنوان پایان نامه:

بهبود عملکرد سیستم توزیع آب با تحلیل مبتنی بر فشار و تنظیم ضریب امیتر

نام دانشجو	مهدی ضامنی کناری
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت
سال انتشار	1402
استاد مشاور	دکتر سعید محمد زاده نقارچی

چکیده:

کلمات کلیدی: مدیریت فشار، ضریب امیتر، آب بدون درآمد، کالیبراسیون، ایپانت