دانلود مقاله ارتقاء آسایش حرارتی کلاه ایمنی با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده - مطالعه پارامتری

word قابل ویرایش
13 صفحه
21700 تومان


-1 مقدمه

کلاه ایمنی موتورسیکلت تا حد زیادي جراحات و میزان مرگ و میر ناشی از حوادث ترافیکی را کاهش می دهد. به همین دلیل، در بسیاري از کشورها قوانین خاصی براي استفاده اجباري از کلاههاي ایمنی وضع گردیده و اجرا می شود. در حال حاضر، کلاههاي ایمنی از مواد پلاستیکی، مسلح شده با فیبرهاي کربن ساخته می شوند.

عموماً، کلاه ایمنی از دو عضو حفاظتی اصلی تشکیل شده است: یک پوسته ي مقاوم از جنس پلاستیک ABS (و یا فایبرگلاس) و یک لایه ضخیم تر و نرم کهمعمولاً از نوعی فوم تهیه می شود. لایه مقاوم خارجی محافظ بسیار


١

ارتقا آسایش حرارتی کلاه ایمنی

خوبی در مقابل ورود اجسام تیز و برنده و قالب مناسبی براي لایه فوم داخلی است. لایه ضخیم داخلی براي جذب ضربات ناسی از سوانح ترافیکی طراحی شده است. لایه ضخیم داخلی کلاه ایمنی، در عین حال، یک عایق حرارتی است که مانع انتقال گرماي تولیدي در ناحیه سر به محیط اطراف می گردد. این امر موجب می شود تا شرایط نامطلوب دمایی براي موتورسیکلت سوار به وجود آید که می تواند وضعیت خطرناکی را ایجاد نماید. تحت

این شرایط، درجه ي حرارت داخلی کلاه ایمنی به سرعت تا حد 37- 38 ο c افزایش یافته، شرایط فیزیولوژیکی و روانی موتورسیکلت سوار متزلزل ورانندگی موتورسیکلت در وضعیت خطرناك قرار می گیرد. بنابراین، خنک کردن سر، امري غیر قابل اجتناب است که می تواند شرایط مطلوب رانندکی را فراهم کند. در سالهاي اخیر راه حل هاي عملی متنوعی براي خنک کردن سر ابداع و به مورد اجرا گذاشته شده است. شاید متداولترین آنها استفاده از سیستم فن هوا و خنک کردن هوا با استفاده از آب باشد کهمعمولاً براي رانندگان اتومبیل هاي مسابقه اي طراحی و استفاده می شود. هر چند که این طراحی را می توان براي موتورسیکلت سوارها هم استفاده کرد اما شرایط متفاوت موتورسیکلت و همچنین وضعیت آب و هوایی گرم و مرطوب در بسیاري از مناطق کشور، میزان کارایی این سیستم ها را زیر سؤال می برد. بنابراین باید در جستحوي روشهاي دیگر متناسب با شرایط کشور بود. یکی از روشهایی که اخیراً ابداع گردیده است استفاده از" کولرهاي ترموالکتریک" براي جذب گرماي تولیدي در داخل کلاه و انتقال آن به محیط اطراف از طریق پره هاي حرارتی است. مهمترین عیب این روش آنست که یک اتصال الکتریکی بین کلاه(کولر) و برق DC (باتري موتورسیکلت و یا یک باتري مجزا) لازم است. درصورتیکه از باتري جداگانه براي تاًمین انرژي الکتریکی کولر استفاده شود کلاه سنگین می شود و اتصال به باتري موتورسیکلت نیز خطراتی بالقوه

براي موتورسیکلت سوار ایجاد می کند. روشی که در این طرح پیشنهاد می گردد استفاده از مواد تغییر فاز دهنده در کلاه ایمنی براي جذب گرماي تولیدي در سر است طرح کلی کلاه در شکل((1 نشان داده شده است.[1, 2, 3]

٢

ارتقا آسایش حرارتی کلاه ایمنی


شکل (1) طرح کلی از کلاه موتورسواري همراه باPCM

-2 خصوصیات مواد تغییر فاز

ماده تغییر فاز (PCM) 1جسمی است با گرماي ذوب بالا که با ذوب شدن و انجماد در دماي ﻣﺸﺨﺼﻲ قادر به ذخیرهسازي و آزادسازي مقادیر زیاد انرژي میباشد. گرما زمانی جذب یا آزاد میشود که تغییرات ماده از جامد به مایع و یا بر عکس رخ دﻫﺪ، بنابراین PCM ها به عنوان واحدهاي ذخیرهي گرماي نهان (LHS)2 دستهبندي می-
شوند.ذخیرهسازي گرماي نهان PCM ها میتواند از طریق تغییر فازي جامد-جامد، جامد-گاز، جامد-مایع و مایع-

گاز حاصل شود. اما تنها تغییر فازي که براي PCM ها استفاده می گردد تغییر جامد-مایع است. تغییرات فازي مایع-

گاز جهت استفاده براي ذخیرهسازي گرمایی با توجه به حجمهاي بزرگ یا فشارهاي بالا که نیاز به ذخیرهسازي مواد در حالت گازي دارد عملی نیست،گرچه PCM ها انواع مختلفی دارند اما به سه دسته کلی تقسیم بندي می شوند که در شکل (2) آمده است.[3, 4]

Phase Change Material Latent Heat Storage

١

٢

٣

ارتقا آسایش حرارتی کلاه ایمنی

شکل((2 دسته بندي PCM

-3 ملاك هاي انتخاب

از لحاظ ترمودینامیکی PCM می بایست دماي ذوبی در بازهي دمایی عملیاتی مورد نظر داشته باشد (شکل .(3

همچنین مطلوب است که PCM در واحد حجم داراي گرماي نهان ذوب ،گرماي مخصوص، چگالی و هدایت گرمایی بالایی باشد. تغییرات حجمی کم در هنگام تغییر فاز و فشار بخار کم در دماهاي عملیاتی و نیز ذوب متجانس از دیگر خواص ترمودینامیکی مهم براي مواد تغییر فاز می باشد. سرعت هستهسازي بالا جهت اجتناب از فوق سرمایش فاز مایع و نیز سرعت رشد کریستال بالا با توجه به نیاز سیستم به بازیافت گرمایی از سیستم ذخیره-

سازي از جمله خواص سینتیکی مهم PCM ها است. مواد تغییر فاز می بایست از لحاظ شیمیایی پایدار بوده و بازگشت پذیري کاملی در فرآیند ذوب داشته باشند. این مواد نباید پس از تعداد زیاد سیکل انجماد-ذوب تجزیه شوند. عدم خورندگی، غیر سمی بودن، غیراشتعالپذیري و غیرانفجاري بودن از دیگر خواص شیمیایی مطلوب
PCM هاست. البته نباید فراموش کرد که یکی از مهمترین معیار هاي انتخاب این مواد جنبه هاي اقتصادي آن ها است. بنابراین هزینهي کم و دسترسی مناسب در مقیاس بزرگ بسیار ضروریست .[6, 7 , 8] از آنجایی که دماي پوست سر فرد موتورسوار، باید در 30 درجه ﺳﺎﻧﺘﻴﮕﺮاد بماند، ازRT27 3، که یک نوع PCM پارافینی بوده و دماي ذوب آن 28 درجه ي سانتیگراد می باشد، استفاده شده است. نکته ي قابل توجهی که در این طراحی وجود دارد

Rubitherm ٣

٤

ارتقا آسایش حرارتی کلاه ایمنی

PCM باقی می ماند و هیچگاه کمتر از آن نخواهد شد. سرمایش اضافی پدیده اي است که در طراحی به روش کولرهاي ترموالکتریک

(TEC) وجود دارد، یعنی ممکن است پمپ گرمایی بیش از اندازه ي مورد نیاز کار کند، در این صورت فرد احساس سرما خواهد کرد. هدف از ارائه ي این طرح، کاربردي کردن استفاده از PCM در کلاه ایمنی موتورسیکلت به منظور ارتقاء کیفیت رانندگی است.به همین منظور، انتخاب مناسب ترین نوع PCM، اندازه و ابعاد، محل قرار گرفتن در کلاه، به گونه اي که شرایط مطلوب دمایی براي عموم موتورسوارها در مدت زمان 1 ساعت فراهم گردد هدف اصلی است.[9, 10]


شکل((3 حوزه هاي کاربرد PCM هاي مختلف

-4 طراحی کلاه ایمنی با سیستم خنک کننده ي PCM


مهمترین قسمت، طراحی محفظه ي PCM است، که PCM درون آن قرار می گیرد. جاذب گرما 4 یک ورقه مـسی است که در کنار محفظه ي PCM قرار می گیرد و مسیر مناسبی براي هدایت گرما به وجود می آورد. بـراي انجـام مدل سازي، کلاه ایمنی به لایه هاي مختلفی تقسیم شده است. در شکل21 ، لایه هاي مختلف کلاه ایمنی نشان داده شده است. همچنین در این مدل سازي فرضیات زیر لحاظ شده است:


Heat Collector ٤

٥

ارتقا آسایش حرارتی کلاه ایمنی

-1شرایط ناپایا.

-2 رسانش شعاعی یک بعدي.

3 -مقاومت تماسی ناچیز بین لایه ها.

-4خواص ترموفیزیکی ثابت.

-5ناچیز بودن تبادل تشعشع با اطراف.

همان طور که در شکل((4 نشان داده شده است، از یک طرف گرمـاي هـواي محـیط اطـراف از طریـق جابـه جـایی اجباري5 به کلاه و سپس از طریق هدایت گرمایی به PCM وارد می شود، و از طرف دیگـر نیـز از درون ﺑـﺪن ،کـه دماي آن 37 درجه ي سانتیگراد در نظر گرفته شده است، گرما به درون PCM هدایت می شود؛ در واقع این گرمـا، همان گرمایی است که به دلیـل متابولیـسم بـدن، در درون سـر تولیـد مـی شـود، تـا دمـاي درون آن را 37 درجـه ي سانتیگراد نگه دارد.


شکل (4) برش عرضی از لایه هاي مختلف کلاه

ابعاد لایه هاي در نظر گرفته شده و برخی خصوصیات آنها در جدول((1 آورده شده است.

Forced Convection ٥


٦

ارتقا آسایش حرارتی کلاه ایمنی

شــماره جنس شعاع((r ضخامت((t K

لایه (W
(cm) (mm)
/m.
k)
1 جمجمه 13 10 0,1
2 پوست 14 1 0,37

3 مو 14,1 10 0,06

4 مس 14,35 0,5 385

5 PCM 1,485 1 0,6

6 فوم 16,25 30 0,01
7 آلومینیوم 16,40 3 50

جدول((1 ابعاد و خواص لایه ها

در این تحقیق مدل مطرح شده توسط دو روش بصورت موازي، یکی به روش شبکه ي مقاومتی و دیگري بـه روش Finite difference method حل شده است. با اعمال فرضیات یاد شده و با توجه به لایه هـاي مختلـف کـلاه، مـی توان شبکه ي مقاومت هاي گرمایی را رسم کرد، که در شکل((5 نشان داده شده است.

شکل (5) شبکه مقاومت هاي گرمایی


فرض دیگري را نیز لحاظ می کنیم که موتورسوار از حالت سکون با یک شتاب ثابت شروع به حرکت می کند و پس از مدتی سرعت آن ثابت شده و تا پایان با آن سرعت ثابت حرکت می کند.


٧

ارتقا آسایش حرارتی کلاه ایمنی

-5 مدل سازي و حل به روش شبکه ي مقاومتی

با توجه به شبکه ي مقاومت ها، و ابعاد و خواص داده شده، مقدار مقاومت گرمایی هر لایه به صورت زیر محاسـبه می شود:[11]
(1) ri1 − ri  Ri
4 × ki ×π × ri1 × ri

(2) 1 Rshell 
2 h ×4×π ×r
shell

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 21700 تومان در 13 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع

دانلود مقاله شبیه سازی فرآیند ذوب مواد تغییر فاز دهنده جهت ذخیره انرژی به کمک دینامیک سیالات محاسباتی

word قابل ویرایش
10 صفحه
21700 تومان
دسته بندی : مقالات رشته شیمی
چکیدهاستفاده از منابع جدید انرژي و ابداع روش هاي نوین در راستاي کاهش مصرف انرژي همواره مورد توجه بوده است. یکی از روش هاي نوین و کارآمد در ذخیره انرژي به فرم مناسب، استفاده از مواد تغییر فاز دهنده است. این مواد انرژي را به صورت گرماي نهان ذوب ذخیره می کنند . در سیستم هاي ذخیره انرژي از محفظه هایی با اشکال مخت ...

دانلود مقاله تحلیل حرارتی یک ساختمان نمونه با دیوارهای حاوی مواد تغییرفازدهنده برای شهر تهران

word قابل ویرایش
10 صفحه
21700 تومان
دسته بندی : مقالات رشته برق
چکیدهدر تحقیق حاضر به تحلیل حرارتی یک اتاقک پیشساخته نمونه با دیوارهاي حاوي مواد تغییرفازدهنده پرداخته شده است. براي این منظور، معادلات حاکم شامل معادلات بقاي انرژي براي دیوارها و معادله تعادل دمایی اتاق منفصل شده و سپس یک برنامه عددي به زبان فرترن بر اساس روش اختلاف محدود ضمنی تهیه شد. شبیهسازي با گام زمانی ...

مقاله نقش مواد تغییر فاز دهنده ( ( PCM در بازیافت انرژی

word قابل ویرایش
14 صفحه
27700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
نقش مواد تغییر فاز دهنده ( (PCM در بازیافت انرژي چکیده به سبب رشد مصرف انرژي در جهان و همچنین با توجه به محـدودیت هـاي سـوخت هـاي فسـیلی و پیامد هاي منفی ناشی از به کارگیري آن،طی چند دهه گذشته روش ها و سیستم هـاي تولیـد کننـده انرژي با بازده بالا و آلایندگی کم مورد توجه ویژه ایی قرار گرفته است.عواملی همچون ...

مقاله مطالعه آزمایشگاهی عملکرد یک خشک کن سینی دار خورشیدی در حالت استفاده ازمواد تغییر فاز دهنده

word قابل ویرایش
16 صفحه
27700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
مطالعه آزمایشگاهی عملکرد یک خشک کن سینی دار خورشیدي در حالت استفاده ازمواد تغییر فاز دهنده چکیده:در این تحقیق که در آن از مواد تغییر فاز دهنده براي ذخیرهسازي انرژي بهره گرفته شده، عملکردیک خشککن سینیدار خورشیدي غیرمستقیم با جریان اجباري مورد بررسی قرار گرفته است. ویژگی این خشککن خورشیدي استفاده از قابل ...

مقاله ارتقا عملکرد زیرسیستم کنترل حرارت ماهواره با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده تقویت شده با نانوذرات

word قابل ویرایش
14 صفحه
27700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
ارتقا عملکرد زیرسیستم کنترل حرارتماهواره با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده تقویت شده با نانوذرات چکیده در این مقاله اثر افزودن نانو ذرات به مواد تغییر فاز دهنده به منظور افزایش نرخ انتقال حرارت به جهت استفاده در زیرسیستم کنترل حرارت وسایل فضایی به روش عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در این بررسی پارافین ب ...

مقاله مطالعه تحلیلی و عددی سیستم ذخیره سازی انرژی با مواد تغییرفاز دهنده به منظورذخیره انرژی در آبگرمکن های خورشیدی

word قابل ویرایش
12 صفحه
27700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست *** مطالعه تحلیلی و عددي سیستم ذخیره سازي انرژي با مواد تغییرفاز دهنده به منظورذخیره انرژي در آبگرمکن هاي خورشیدي چکیده درحالی که امروزه در دنیا تناسبی میان مقدار عرضه و تقاضاي انرژي وجود ندارد، ذخیره سازي انرژي به صورت گرماي نهان در مواد ت ...

مقاله مطالعه پارامتریک دستگاه ذخیره انرژی گرمایی توسط مواد تغییر فاز دهنده در حالت گذرا

word قابل ویرایش
22 صفحه
27700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست *** مطالعه پارامتریک دستگاه ذخیره انرژی گرمایی توسط مواد تغییر فاز دهنده در حالت گذرا چکیده عملکرد دستگاه ذخیره انرژی گرمایی به روش حجم محدود در مختصات استوانهای مورد مطالعه قرار گرفت. رفتار ماده تغییر فاز دهنده و انتقال حرارت گذرا به روش جا ...

مقاله بررسی تجربی تاثیر استفاده از مواد تغییر فاز دهنده در عملکرد دمایی آبگرمکن

word قابل ویرایش
8 صفحه
27700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
بررسی تجربی تاثیر استفاده از مواد تغییر فاز دهنده در عملکرد دمایی آبگرمکن چکیده یکی از مهمترین چالش هاي پیشرو در سیستم آبگرمکن، ذخیره سازي و نگهداشت انرژي گرمایی براي زمان طولانی تر و جمع آوري گرماي اتلافی در آن می باشد. یکی از راههاي ذخیره سازي انرژي گرمایی در آبگرمکن ها استفاده از گرماي نهان بالاي مواد تغ ...