بخشی از مقاله
چکیده
امروزه یکی از علوم موثر در دنیا، علم آیرودینامیک مواد می باشد که به طور مستقیم و غیر مستقیم در علوم مکانیک، شیمی، هوا فضا و کشاورزی برای دانستن پارامترهای طراحی تجهیزات مورد نیاز کاربرد وسیعی دارد . از تجهیزات مورد نیاز در علم آیرودینامیک که به وفور مورد استفاده قرار می گیرد، تونل باد می باشد. طراحی و ساخت تونل باد بیشتر به صورت تجربی بوده و علم ساخت آن در داخل ایران محدود می باشد.
تحلیلگر ساخته شده دارای 6 قسمت عمده: فن، دیفیوزر، محفظه آرامش، نازل انقباض، مقطع آزمایش و دیفیوزر خروجی می باشد که هر جزء با استفاده از نرم افزار های فلوئنت و گمبیت طراحی و تحلیل شد . برای یکنواخت سازی و افت کم فشار هوا از سه توری و یک لانه مربعی به ابعاد مربعی 1×1 و عمق 8 سانتیمتر استفاده شد. برای تولید جریان هوا فن سانتریفیوژ تیغه خمیده به جلو انتخاب و تغییر سرعت هوا به دو روش تغییر جریان ورودی هوا و تغییر دور موتور انجام شد.
مقدمه
علم آیرودینامیک در ابتدا یک علم آزمایشگاهی و تجربی بوده و در حال حاضر و در بسیاری از علوم کاربرد وسیعی دارد. در آیرودینامیک تجربی یکی از وسایلی که کارایی خود را به صورت کامل به نمایش گذاشته تونل باد است. این وسیله از آن جهت مورد استفاده قرار میگیرد ، که میتوان توسط آن مدلی از اجسام را با شرایط دلخواه آزمایشگاهی مورد تحلیل و بررسی قرار داد و نتایج هبدست آمده را برای نمونهی اصلی وسیلهی مورد استفاده برای طراحی قرار داد.
تحقیقات زیادی در زمینه تونل باد انجام گرفته از آن جمله میتوان به تحقیقات Mehta - 1982,1977 - ، Adrian R . - 2000 - ، طراحی نازل انقباض - Jonathan H. 1986 - ، .I.K. Knight - 2001 - طراحی زانویی و کمانهای تونل هوا G.Johl - 2007 - اشاره کرد.
طراحی تونل باد ترکیبی از علم و دانش و تجربه است و بسیار مشکل و غیر منطقی است تا قاعده ای استوار برای طراحی تونل باد پیش بینی شود. که این بیشتر به علت تنوع زیاد و وسیع طراحی تونل بادها و عدم درک مولفه های جریان از میان تونل باد ازقبیل توری ها ، دیفیوزر و حتی خود فن است. بیشتر باید اصول طراحی را در نظر گرفت که با آن اصول تونل باد با عملکرد مناسب و رضایت بخش طراحی شده است. و مهمترین دست آورد در طراحی یک تونل باد زمانی است که جریان سیال در عدد رینولد بالا ودرسطح مقطع آزمایش به حالت یکنواختی برسد. پیکر بندی تونل باد معمولا با در نظر گرفتن اندازه مقطع آزمایش تعیین می شود
از مهمترین پارامترهای طراحی در ساخت دستگاه میتوان به یکنواخت سازی و از بین بردن گردابه های جریان هوا، داشتن کمترین افت فشار و سرعت هوا، استفاده از گستره ی بیشتر سرعت هوا، کنترل دقیق سرعت و دبی جریان هوا و لرزش کمتر دستگاه اشاره کرد
با توجه به محدودیت ساخت تونل هوا در ایران و آزمایشگاه ها به صورت علمی، تحقیق در این زمینه برای بومی سازی ساخت آن در کشور مورد بررسی قرار گرفت و مطابق با نیاز آزمایشگاهی، تحلیلگر خصوصیات آیرودینامیکی محصولات کشاورزی با مصرف انرژی کمتر و قابلیت های تحلیل رفتار ذرات و مواد همگن و ناهمگن در جریان هوا طراحی و ساخته شد.
مواد و روشها
مولفههای اصلی تحلیلگر عبارتند از : دمندهی سانتریفیوژٌ، دیفیوزر ٍ - پخش کننده - ، محفظهی آرامشَ ، منطقهی انقباضُ - کانترکشن - ، مقطع آزمایشِ و دیفیوزر خروجی که هر جز بهوسیله نرمافزارهای گمبیت و فلوئنت طراحی و فاکت.رهای سرعت و فشار هوا در اجزا بررسی شد
دیفیوزر - پخش کننده -
در تونل افت توان متناسب با توان سوم سرعت هوا است، لذا در قسمت هایی که سرعت نسبتا زیاد است، باید آن را کاهش داد . برای این منظور از دیفیوزرها استفاده می شود تا باعث انبساط جریان و کاهش سرعت شود و در نتیجه فشار استاتیک را افزایش دهد و از طرفی به دلیل افت فشار حاصل از اصطکاک بدنه باید این کاهش سرع ت در کمترین فاصله صورت گیرد
دیفیوزر محفظه ای است که به تدریج در طول خود گسترش می یابد. جریان سیال از میان دیفیوزر به مشخصات هندسی آن از قبیل نسبت سطح، زاویه پهنا وگستردگی جداره، شکل سطح مقطع و جداره بستگی دارد
چهار پارامتر مهم در طراحی دیفیوزر با زاویه پهن عبارتند از : A , 2θ , K و n که:
:K نسبت افت فشار استاتیکی در گذر از توری - ∆ - به فشار دینامیکی - q = 1 2 ρU2 - است.
:2θ زاویه بین دو خط مستقیم که ورودی دیفیوزر را به خروجی وصل می کند
:A نسبت سطوح - نسبت سطح خروجی به سطح ورودی : - A = Aoutlet Ainlet
:n تعداد صفحات توری در دیفیوزر میباشد.
شکل:1 شماتیک دیفیوزر
شکل: 2 الف - دید از بالای دیفیوزر ب - دید از روبروی دیفیوزر
توریها و لانه زنبوری
از توریها و شبکه های لانه زنبوری با اشکال خاص خود، برای کاهش اغتشاش ات جریان و جلوگیری از جریانهای گردابی استفاده میشود و بیشتر در محفظه ی آرامش نصب می گردند. توری اکثرا بلافاصله بعد از شبکهی لانه زنبوری و به فواصل مساوی از یکدیگر قرار می گیرند. شبکه لانه زنبوری بیشتر اغتشاشات جانبی را در جریان، کاهش و توریها بیشتراغتشاشات محوری را کاهش می دهد. در شبکه ی لانه زنبور ی معمولا گردابه های بزرگ در جریان عبوری شکست داده شده و به گردابه های قابل چشم پوشی تبدیل میشوند که با رسیدن به توری ها آن ها نیز تقریبا از بین می روند. برای دستیابی به کارایی بهتر توریها لازم است که تعداد روزنهها در هر اینچ مربع افزایش یابد، بنابر این نیاز است که صلبیت و قطر سیم ها کم باشد، اما باعث افت فشار بیشتر هوا میشود
- pa - p افت فشار بعد از گذر از توری، ρ دانسیته هوا - kg m−3 - ، K ضریب سختی توری، v22 وv12 سرعت هوا - ms−1 - به ترتیب بعد و قبل از توری است
