عنوان پایان‌نامه
طراحی،ساخت و ارزیابی پیچ هیدرودینامیک در مقیاس آزمایشگاهی با رویکرد طبیعت پاک
- رشته تحصیلی
- مهندسی طبیعت
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 519;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77955;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 285878;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 519;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77955;کتا
- تاریخ دفاع
- ۲۸ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- هدیه اسکندریون
- استاد راهنما
- یونس نوراللهی
- چکیده
- پیچ هیدرودینامیک ماشینی است که از عصر باستان تاکنون مورد توجه مهندسان و دانشمندان به منظور بهرهبرداری در نقش زهکش و توربین هیدرودینامیکی قرار گرفتهاست. این دستگاه توسط ارشمیدس به دنیا معرفی شد و مورد بهرهبرداری قرارگرفت. در ابتدا از این دستگاه به عنوان زهکشی ماندآبهای موجود در زمینهای پست و به جهت آبیاری زمینهای با ارتفاع ناهمسان، با پمپاژ آب به زمینهای با ارتفاع بیشتر استفاده شد. پس از گسترش فناوری این دستگاه، به عنوان وسیلهای که قادر است به کمک نیروی وارد شده از طرف جریان آب بچرخد و نیروی هیدرودینامیکی تولید کند، با تعبیه ژنراتور از این دستگاه به عنوان وسیلهای بهمنظور تولید برق در راستای انرژیهای پاک و تجدیدپذیر استفاده شد. شناخت این دستگاه و شناسایی فاکتورهای موثر بر عملکرد آن، به منظور بهینه سازی و بیشینه کردن مقدار توان تولیدی، هدف این تحقیق است. از بین فاکتورهای طراحی و محیطی که شامل: طول پیچ هیدرودینامیک، شعاع داخلی و خارجی پره پیچ، گام مارپیچ، ضخامت پره مارپیچ، زاویه قرارگیری پره مارپیچ روی بدنه، دبی جریان عبوری از پیچ هیدرودینامیک و زاویه قرار گیری دستگاه، سه فاکتور گام مارپیچ (نسبت 0/6 و 1/08 برابر با قطر پره خارجی) دبی (محدوده 3 تا 7 لیتر برثانیه) و زاویه (محدوده 20 تا 40 درجه) قرارگیری به عنوان متغیر مستقل و دو فاکتور گشتاور تولیدی و سرعت زاویهای پیچ هیدرودینامیک به عنوان فاکتور وابسته انتخاب شدند. با کمک تحقیقهای پیشین ابعاد طراحی در ابعاد آزمایشگاهی مشخص و دو عدد پیچ هیدرودینامیک به دو گام مارپیچ متفاوت ساخته شد. تعداد آزمایشهای مورد نیاز برای اجرا در آزمایشگاه توسط روش سطح پاسخ (RSM) مشخص شد. دستگاه در فلوم (S3Tilting) مورد بهرهبرداری و آزمایش قرارگرفت و نتایج حاصل از اندازهگیری در نرم افزار (Design Expert) به صورت مدل ریاضی شبیهسازی شد و براساس نتایج جدول واریانس و آنالیز واریانس حاصل شده از دادههای ورودی، کفایت مدل مورد قبول اعلام شد. با در دست داشتن مدل ریاضی تغییرات فاکتورها، میتوان در شرایط غیر از آزمایشگاه با داشتن فاکتورهای مستقل منظور شده به نتایج تحقیق، بدون انجام آزمایش میدانی، دست یافت. همچنین روند تغییرات فاکتورهای مستقل بررسی و تحلیل شد و نقطهی بهینه کارکرد هردو دستگاه مشخص و عنوان شد(پیچ شماره یک (گام مارپیچ 0/6 برابر پره خارجی)= دبی5/63 لیتر بر ثانیه :،زاویه: 28/5 درجه- پیچ شماره دو(گام مارپیچ 1/08برابر قطر پره خارجی): دبی 7 لیتر بر ثانیه ،زاویه: 33/9، 32/75.). مشاهده گردید این دو نقطه با وجود همپوشانی یکدیگر اما بازدههای متفاوتی دارند (توان تولید شده توسط پیچ شماره یک: 60 وات،پیچ شماره دو: 12/9 وات .) لذا فاکتور گام مارپیچ علاوه بر دو فاکتور قبلی، به عنوان فاکتور تاثیرگذار ارائه شد.
- Abstract
- The Hydrodynamic Screw is one of the oldest hydraulic machines that has been considered from ancient time to now in order to utilize as drainage tool and Hydro turbine by engineers and researchers. This tool has been presented and utilized by Archimedes. At first, this machine has been utilized as a drainage tool for draining lowlands and applied as a kind of pump for irrigating lands with different heights. After technology development, the screw has been utilized as a tool that is able to rotate from power of water stream and generate hydrodynamic power. By improvising generator, this turbine has been utilized to generate electricity through clean and renewable energies. The purpose of this research is to recognize this tool and identify factors influencing performance in order to optimize and maximize the amount of generated power. Among design and environmental factors such as Inner diameter, Outer diameter, Length of screw, Pitch of turbine, Number of blades, water discharge, Slope of shaft and Pitch of screw, three factors has been selected as the independent parameters such as discharge (3 to 7 L/S), slope of screw (20o to 40o) and pitch of blade (0.6 and 1.08 times the external diameter) and two factors selected as the dependent parameters such as torque and angular velocity. By considering previous researches, two samples have been designed in laboratory scale with different pitch of blade. Number of required tests have been specified by response surface methodology (R.S.M). The turbine has been utilized in to the channel hydraulics entitled (S3Tilting) and obtained results from measurement has been simulated to mathematical model by Design expert software. Based on results of variance table and analysis of obtained variance from input data, the adequacy of model has been accepted. The evidences demonstrate that by containing mathematical model of factors changes and considered independent factors in the absence of laboratory tests, achieving the results of the tests is possible. Also process of changes in independent factors were studied and analyzed and the optimal operation points of both screws were specified. According to the optimized results from DE software, the discharge values and the screw slope were calculated in the range of 5.63 L/S and 28.4o for screw no 1 (pitch of blade 0.6 times the external diameter), 7 L/S and 32.75o-33.9o for screw no 2 (pitch of blade 1.08 times the external diameter). The results indicated that both optimal operation points have different efficiencies despite overlapping each other. Based on the results, power generation of these points were obtained 60 watt and 12.9 watt, respectively.
