انتقال حرارت توام یکی از جنبه های مهم در تبدیل انرژی است و نقش بسزایی در میزان راندمان حرارتی و مصرف سوخت محفظه احتراق دارد. در کار حاضر مدلی دو بعدی برای یک جریان واکنشی آرام با محاسبه معادلات انتقال جرم، ممنتم، انرژی و گونه ها ارائه شده است. برای شبیه سازی عددی، حلگری در نرم افزار متن باز اُپن فوم توسعه داده شده است. این حلگر قادر است تا رفتار فرآیندهای واکنشی و انتقالی در سیال، انتقال حرارت هدایتی در جامد و تشعشع از سطوح جانبی را جهت تاثیر انتقال حرارت توام پیش بینی کند. در این حلگر برای تحلیل و بررسی عددی انتقال حرارت توام از روش کوپل و جهت پیوستگی دما و شار حرارتی بر روی سطح مشترک بین سیال و جامد، شرط مرزی اعمال می شود. صحت سنجی حلگر ایجاد شده با استفاده از داده های تجربی نمونه آزمایشگاهی مشعل شانه عسلی صورت پذیرفته است. نتایج نشان می دهد که مقایسه حل عددی و داده های تجربی از مطابقت خوبی برخوردار است. بررسی نتایج بدست آمده نشان می دهد که مطالعه پارامتری شامل تغییر شرایط ورودی سیال و همچنین ابعاد هندسه در برهم کنش انتقال حرارت توام و محل آزاد شدن انرژی حاصل از احتراق موثر می باشد. با افزایش سرعت ورودی محل تشکیل شعله به سمت خروجی و با افزایش نسبت هم ارزی، این محل به سمت ورودی حرکت می کند. افزایش طول جامد و ضخامت آن باعث کاهش طول ناحیه پیش گرمایش نیز می شود.

هدف این پژوهش بررسی اثر تغییرات مقدار عامل فوم­ ساز کربنات کلسیم بر خواص فیزیکی و مکانیکی فوم آلومینیومی LM13 می باشد. فوم از جنس آلیاژ آلومینیوم LM13 با استفاده از عامل فوم­ ساز کربنات کلسیم (CaCO3) و ذرات تثبیت کننده فلز کلسیم (Ca) با چگالی های از 3/0 تا 5/ 0 gr⁄cm3 (چگالی نسبی 12/0 تا 18/0) و اندازه حفره 25/0 تا 92/0 میلی متر تولید شده است. تأثیر میزان عامل فوم­ ساز بر اندازه حفره­ ها، کمترین ضخامت دیواره­ ها و چگالی مورد ارزیابی قرار گرفته است. در ادامه رفتار مکانیکی فوم ها با استفاده از آزمون فشار تک محوری مورد بررسی قرار گرفته و تغییرات استحکام فشاری، ویژگی­ های الاستیک و ظرفیت جذب انرژی فوم ها در اثر تغییرات مقدار عامل فوم ساز بررسی شده است. مطابق نتایج بدست آمده استفاده بیشتر از عامل فوم ساز منجر به تولید فوم هایی با اندازه میانگین حفره بزرگتر و چگالی کمتر می گردد. همچنین افزایش مقدار عامل فوم ساز سبب کاهش مقاومت فشاری فوم ها در آزمون فشار تک محوری و ظرفیت جذب انرژی آن ها می گردد.

سابقه و هدف: امروزه پلیمرهای طبیعی مانند سلولز، نشاسته و پلی لاکتیک اسید (PLA) به­عنوان جایگزین­ پلیمرهای نفتی در زمینه­های مختلف مورد استفاده قرار می­گیرند. دراین بین، پلی­لاکتیک اسید به­عنوان پلیمری که بیشترین شباهت­ها را ازنظر ساختاری به پلیمرهای نفتی دارد، موردتوجه قرار گرفته است. در این تحقیق، پلی لاکتیک اسید به­عنوان پلیمر پایه ساخت فوم و آرد چوب به­عنوان تقویت­کننده ویژگی­های مکانیکی و از آزودی کربن آمید (ACA) به­عنوان عامل فوم­کننده و از میکروکریستالین سلولز (MCC) به­عنوان عامل هسته­زا استفاده شد.مواد و روش­ها: فوم­های پلی­لاکتیک ­اسید با ترکیب آرد چوب، عامل فوم­زا و عامل هسته­زا در دستگاه اکسترودر و بعد قالب­گیری زیر پرس تهیه شدند. اثر میکروکریستالین سلولز به عنوان عامل هسته­زا در تولید فوم پلی لاکتیک ­­اسید/آرد چوب با عامل فوم­زای آزو­دی­کربن­آمید بررسی شد. خواص حرارتی پانل­های تهیه شده با استفاده از آزمون­های وزن­سنجی حرارتی (TGA) و گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC) مورد بررسی قرار گرفت.یافته­ها: نتایج نشان داد که با افزایش مقدار عامل فوم­زا تا سطح 3 درصد و عامل هسته­زا تا سطح 4 درصد، چگالی پانل فوم ساخته­شده تا 45/52 درصد کاهش یافته است. کاهش چگالی همراه با افزایش تخلخل، افزایش جذب آب و افزایش واکشیدگی ضخامت در تمام سطح تیمارها (1 تا 3 درصد عامل فوم­زا و 1 تا 4 درصد عامل هسته­زا) معنی­دار بوده است. همچنین، این کاهش چگالی منجر به کاهش مقاومت کششی و خمشی و افزایش مقاومت به ضربه شده است. نتایج حاصل از آزمون­های TGA و DSC نشان داد که استفاده از عامل فوم­زا تغییری در دمای شیشه­ای شدن فوم­های ساخته­شده ندارد، اما اضافه کردن میکروکریستالین سلولز منجر به افزایش دمای شیشه­ای فوم­ها شده است. همچنین، نتایج DSC تغییر رفتار کریستالینه شدن فوم های ساخته شده را پس از اضافه نمودن میکروکریستالین سلولز نشان داد.نتیجه­ گیری: این تحقیق نشان داد که خاصیت هسته­زایی MCC در کنترل رشد سلولی و کاهش قطر حفره ها مؤثر بوده است، ازاین رو، می­توان از آن برای تولید فوم پلی لاکتیک اسید میکرو سلولی باکیفیت قابل قبول استفاده نمود. با توجه به این موضوع، این مطالعه استفاده از میکروکریستالین سلولز (MCC) را به دلیل کاربردهای صنعتی، ارزان­قیمت بودن، زیست تخریب پذیری و آثار محیط­زیستی آن مورد تأکید قرار می­دهد.

نانوذرات فوم سیلیکا در بسیاری از صنایع از جمله صنایع هوافضا، ساختمانی، حمل و نقل، بهداشتی و غیره به عنوان پرکننده مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به سبکی، خواص عایق حرارتی، استحکام فشاری مناسب و کاربرد این پرکننده به عنوان افزایش دهنده ویسکوزیته رزین به منظور چسب اتصال قطعات مختلف در صنعت هوافضا، در این مقاله به بررسی اثر پرکننده نانوذرات فوم سیلیکا بر روی خواص مکانیکی و الکتریکی نانوکامپوزیت پلیمری اپوکسی/ فوم سیلیکا پرداخته شده است. به منظور دست یابی به خواص بهینه، نمونه هایی با درصد وزنی مختلف ساخته شد. در ادامه جهت تعیین خواص مکانیکی کامپوزیت های تولید شده، آزمون کشش و آزمون خمش سه نقطه ای و به جهت تعیین خواص الکتریکی، آزمون ثابت دی الکتریک انجام شد. در پایان خواص مکانیکی و الکتریکی نمونه ها با درصد وزنی مختلف با رزین اپوکسی خالص مقایسه شد. نتایج نشان داد که بیشینه استحکام کششی رزین خالص، فوم سیلیکا 5 و 9 درصد وزنی به ترتیب برابر با 18، 16 و 10 مگاپاسکال است. بیشینه استحکام خمشی برای رزین خالص، فوم سیلیکا 5 و 9 درصد وزنی به ترتیب برابر با، 109، 85 و 67 مگاپاسکال به­دست آمد. بیشینه ثابت دی الکتریک اندازه گیری شده برای رزین خالص، فوم سیلیکا 5 و 9 درصد وزنی به ترتیب برابر با، 95/2، 97/2 و 09/3، بدست آمد. بیشینه تانژانت تلفات برای رزین اپوکسی، فوم سیلیکا 5 و 9 درصد وزنی به ترتیب برابر با، 16/0 ، 17/0 و 23/0 اندازه گیری شد. نتایج خواص الکتریکی حاکی از آن است که افزودن پرکننده فوم سیلیکا به رزین، تاثیر منفی بر روی خواص الکتریکی آن نداشته است.

مکانیزم انتقال حرارت فوم های پلیمری متشکل از سه مکانیزم مختلف از طریق فاز جامد، فاز گاز و تشعشع حرارتی است. ضریب هدایت حرارتی فوم های پلیمری، متاثر از خواص ساختاری این مواد است. از آنجایی که بررسی خواص عایق حرارتی فوم های پلیمری به دلیل وجود خواص مختلف و اثر متفاوت این خواص بر مکانیزم های انتقال حرارت، مشکل است، لزوم استفاده از مدل های تئوری مشهود است. تاکنون مدل های تئوری مختلفی برای تخمین ضریب هدایت حرارتی فوم های پلیمری ارائه شده است ولی در این میان ارائه یک مدل تئوری که براساس تعداد کمتری خواص ساختاری که اندازه گیری آن ها نیز به سهولت انجام گیرد، در کنار دقت و اعتبار کافی می تواند بسیار مفید باشد. بر همین اساس در تحقیق حاضر یک مدل تئوری که صرفاً براساس اندازه سلولی و چگالی فوم، ضریب هدایت حرارتی فوم های پلیمری را تخمین می زند، ارائه شده است. در قیاس با نتایج تجربی مشخص شد که خطای مدل تئوری ارائه شده، در بیشترین حالت تقریباً 8% است. در ادامه، اثر دو پارامتر مهم ساختاری، شامل چگالی فوم و اندازه سلولی روی ضریب هدایت حرارتی، مورد مطالعه قرار گرفت. طبق نتایج به دست آمده، برای دست یابی به کمترین مقدار ضریب هدایت حرارتی، چگالی بهینه نیاز به شناسایی دارد. از طرفی دیگر، انتقال حرارت گاز بیشترین نقش را در انتقال حرارت کل داشته و به منظور کاهش آن، ایجاد سلول های نانومتری به دلیل کاهش انتقال حرارت گاز نقش موثری ایفا می کند.

ساختار فوم آلومینیومی به دلیل خاصیت جذب انرژی و سبک بودن، به عنوان هسته در سازه های سبک با قابلیت های بالستیکی اهمیت ویژه ای در صنایع مختلف هوافضا، دریایی، خودروسازی و ... پیدا کرده است. در این تحقیق با ساخت فوم های آلومینیومی با چگالی و ضخامت های مختلف، یک سری آزمایش های بالستیکی به کمک سیستم پرتابگر گازی تعریف شده و اثر چگالی و ضخامت فوم و سرعت پرتابه در میزان جذب انرژی ساختار فوم آلومینیومی برای اولین بار در کشور مطالعه شده است. نتایج حاصل از آزمایش های تجربی انجام شده، نشان می دهد که میزان جذب انرژی ساختار فوم آلومینیومی با افزایش چگالی و ضخامت فوم و افزایش سرعت برخورد بالا می رود.

امروزه فوم های فلزی بویژه فوم های پایه آلومینیم به عنوان مواد پیشرفته پا به عرصه صنعت گذاشته اند و روز به روز فرآورده های متنوعی از آن ها وارد بازار مصرف می شود. لذا، بهبود خواص و دانش فنی این فوم ها به وسیله پژوهشگران در حال توسعه است. از این رو، در این پژوهش سعی شده است؛ ابتدا محصول فوم آلومینیم A356 به روش ذوبی تهیه شود. سپس با آلیاژ سازی آلیاژ A356 به وسیله 4 درصد وزنی مس خالص، این آلیاژ مستعد به عملیات پیرسازی شود. آنگاه فوم دیگری با این آلیاژ A355+4%wt.Cu ساخته شود. در مرجله دوم با طراحی و انجام آزمون های متفاوت عملیات حرارتی، سیکل بهینه پیرسازی برای آلیاژ اخیر بدست آمد. نتایج نشان می دهند عملیات محلول سازی فوم فلزی یادشده در دمای 510 درجه سلسیوس به مدت زمان 12 ساعت و سپس کوئنچ آن در آب سرد و در پی آن عملیات پیر سازی در دمای 160 درجه سلسیوس به مدت 3 ساعت، بهترین خواص مکانیکی را برای فومA356+4%wt.Cu  فراهم می آورد. در این شرایط استحکام تسلیم فشاری تک محوری فوم پیرسازی شده نسبت به نمونه خام تقریبا از 10 به  MPa 27تغییر یافته است که حدود 170 درصد افزایش استحکام تسلیم را نشان می دهد. هم چنین، نتایج آزمون جذب انرژی در بارگذاری فشاری تک محوری نشان می دهد نمونه پیر شده یاد شده حدود 160 درصد نسبت به نمونه خام عملیات حرارتی نشده، افزایش داشته است، اما مدول الاستیک مشخصه فوم یاد شده در مقایسه با سایر سیکل ها که زمان محلول سازی و پیرسازی آن ها کم تر بوده، تغییرات قابل ملاحظه ای نداشته و بین 10 تا 11 GPa تقریبا ثابت می ماند. بررسی ساختار سلولی فوم پیش و پس از آزمون فشار نشان می دهد حضور 4 درصد مس منجر با فاکتور کرویت نزدیک به واحد شده و ساختار سلولی فوم حاصله بسیار همگن تر از نمونه A356 تنها بوده و چروکیدگی سطح داخلی این فوم با افزودن 4 درصد مس کاملا از بین می رود.

تزریق گاز به عنوان یک ازدیاد برداشت نفت مورد استفاده می باشد. این روش اما به دلیل گرانروی پایین گاز و ناهمگونی مخازن با ضریب بازیافت پایینی همراه است. تزریق فوم به عنوان یک روش برای اصلاح تحرک پذیری گاز پیشنهاد و مورد استفاده قرار گرفته است. در این مطالعه، شبیه سازی اثر ترشوندگی محیط متخلخل بر رفتار فوم بررسی شده است. بر همین اساس، یک مدل شکاف دار ساخته و ترشوندگی محیط ماتریس آن مورد تغییرات قرار گرفته است. برای افزایش دقت شبیه سازی ها، مدل فوم متفاوتی به شکاف و ماتریس اختصاص یافته است. مدل های اختصاص یافته از آزمایش هایی نزدیک به محیط متخلخل بوده، چه از نوع محیط و چه میزان تراوایی، بوده است. پارامترهای فوم در شکاف، از یک الگوریتم بهینه سازی برمبنای پارامترهای شکاف حاصل شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که ایجاد فوم در محیط متخلخل سبب ایجاد یک جریان گرانرو بین شکاف و ماتریس شده که در نهایت سبب می شود فوم به داخل ماتریس وارد شده و نفت بیشتر تولید شود. در قیاس با تزریق مجزای گاز و در عدم حضور نیروی ریزش ثقلی، تزریق فوم می تواند تا حدود 70% سبب افزایش تولید نفت شود. به علت گرانروی مناسب فوم در داخل شکاف، میزان تغییرات ضریب بازیافت در حضور فوم با گرانروی های مختلف کمتر از 5% بوده که نشان از عدم ضرورت ایجاد فوم با گرانروی های بالا برای افزایش ضریب بازیافت می باشد. ترشوندگی ماتریس نوع کیفیت فوم را تعیین می کند و هرچه میزان ترشوندگی از آب دوست به ترشوندگی مخلوط برود، فوم ساختاری پایه آبی پیدا می کند. حضور نیروی موئینه نیز می تواند سبب ایجاد یک جریان گرانرو موئینه شده و به راندمان اثربخشی تزریق فوم آسیب بزند.