ژئو پليمر (فایل پاور پوینت)

در مورد ژئو پلیمر مطلب جدید تری وجود دارد که در تاریخ 10/10/89 منتشر شده که توجه نمایید.

آسیب ها در ورزش كاراته

مقدمه

ورزش از جمله علومی است که انسان همواره حتی در زندگی روز مره بدان نیاز دارد و از آن استفاده میکند بدون آن که خود از آن آگاه باشد .راه رفتن ، دویدن ، نشستن و ایستادن و حتی خمیازه کشیدن نیز یک نوع ورزش است .انسان جهت ادامه حیات تواءم با سلامتی نیاز به حداقل 10 دقیقه ورزش دارد تا علاوه بر شادابی جسم از نظر روحی و روانی نیز سرخوش شاداب باشد که در اسلام بدین منظور عبادتی واجب گردیده که فواید فراوانی دارد و یکی از این فواید ورزشی است که در غالب نماز پنج گانه بر ما مسلمانان واجب است .

برای انجام هر ورزشی نیاز به اطلاعات در مورد آن ورزش است تا از فواید آن کمال استفاده و از آسیبهای احتمالی، در حین انجام آن نیز آگاه شده و برای پیشگیری از آن خود را آماده نمائیم .

مهدی حجتی



تاریخچه کاراته

کاراته یک نوع ورزش رزمی است. روش مبارزه با دست خالی و شامل ضربه‌های سریع دست و پا. در سال 1921 یکی از بزرگترین استادان کاراته اوکیناوا گیچن فوناکوشی 1868-1957 توانست با قدرت و ظرافت تمام کاراته را به ژاپن معرفی نماید

گفته می‌‌شود کاراته دارای قدمتی پنج هزار ساله است و یکی از استادان اولیه و مبتکران این فن بودیدهاراما می‌باشد که حدود 525 سال قبل از میلاد مسیح میزیسته است وی که از پیشوایان مذهبی به دیگران به تنهایی از هند به راه افتاد و پس از راهپیمایی چند هزار کیلومتری خود و با پشت سر گذاشتن موانع طبیعی بسیار مشکل موجود در آن زمان به چین رسید و در ایالت هونونان و معبد شائولین اقامت گزید تعالیم بودیدهاراما شامل تمرینات شدید انضباطی و انجام اعمال پرهیزکاری بود وی 9 سال رنج و ریاضت همراه با تفکر و برای این که شاگردانش نیز بتوانند در مقابل ساعت های طولانی تفکر و اندیشه تاب مقاومت بیاورند و نیز با زورگویانی که تعالیم مذهبی و مردان دین را سد راه خود می‌‌دیدند به مبارزه و مقابله برخیزند 18 حرکت تمرینی را ابداع نمود که در حقیقت زیر بنای حرکات کاراته امروزی است.

قدمت و عمر دست خالي جنگيدن به قدمت خود بشر است

قدمت و عمر دست خالي جنگيدن به قدمت خود بشر (انسان) است. فرم‌هاي مختلف و مرتب ‌شده دست خالي جنگيدن در سراسر دنيا توسعه پيدا كرده است و هركدام منعكس كننده قسمتي از آداب و رسوم ملي مي‌باشد و چيزي كه ما كاراته مي‌ناميم يكي از آنهاست .

عقيده همگان بر اين است كه كاراته از چين ناشي شده و از طريق راه جزاير (ريوكو) به ژاپن آمده است .

در اوائل قرن هفدهم (اوكيناوا) مورد يورش و فتح ژاپني‌ها قرار گرفت . ژاپني‌ها (اوكيناوا) را بيشتر از 250 سال در اشغال داشته و مالكيت و حمل اسلحه را به‌منظور جلوگيري از ايستادگي و مقاومت‌ها ممنوع نموده بودند .

بنابراين مردم ( اوكيناوا) مجبور شدند به خاطر محافظت خودشان در مقابل چپاول غارت و همچنين حمله ژاپني‌ها به مبارزات غير مسلحانه روي آورند و در اين دوره كاراته رونق فراوان پيدا كرد و تا اوايل قرن بيستم در خفا تمرين مي‌شد .

در سال 1922 (گي‌چين فونا كوشي) پروفسور اهل اوكيناوا كاراته را به ژاپن معرفي نمود. او به ژاپن دعوت شده‌بود كه كاراته را به نمايش بگذارد. ژاپني‌ها تحت تأثير او قرار گرفتند و او را تشويق نمودند كه در آن‌جا اقامت كند و اين فن را به آن‌ها بياموزد .

آسیب ها در ورزش کاراته

• صدمات سر و گردن :

این صدمات عمدتاً عبارتند از : پارگی و خونریزی از بینی و کبودی دور کاسه چشمی که اغلب در اثر اصابت مشت به صورت و گاهی هم در اثر اصابت پا به صورت رخ می دهد. امکان دارد خراش قرنیه در نتیجه کشیده شدن ناخن به قرنیه رخ دهد. شدیدترین حالت عبارتست از آسیب مغزی بدنبال اصابت پا طی حرکت چرخشی فرد می باشد در این موارد که ضربه شدید به سر وارد شده است باید حتماً بررسی از نظر آسیب همراه در گردن صورت گیرد. استفاده از کلاه های محافظ می تواند جلوی آسیب های بافت نرم صورت را بگیرد اما درجلوگیری از صدمات مغزی همراه با اصابت پا به سر چندان موثر نیست.



• آسیب های اندام فوقانی :

شایعترین آسیب عبارتست از کبودی های ساعد و مچ.

در رفتگی ساعد اگر رخ دهد عمدتاً از نوع خلفی است در حالیکه در رفتگی شانه اگر رخ دهد در 95% موارد از نوع قدامی است. آسیب های ورزشی شایع دیگر عبارتند از شکستگی ها و کشیدگی های رباطی ( بخصوص در شانه ) و کشیدگی های عضلانی.

• آسیب های اندام تحتانی :

شایعترین آسیب اندام تحتانی کبودی ها در نواحی ساق، داخل ران و پشت پا می باشد.

زانو محل آسیب پذیری در ورزش می باشد. در ورزشهای رزمی بخصوص تکواندو و کاراته که فرد دائم به جلو و عقب می رود و حرکات تعادلی زیاد است زانو بیشتر مستعد آسیب در اثر اعمال نیرو به جلو یا عقب یا طرفین داخلی و خارجی آن است.

آسیب های زانو می تواند به منیسک ها یا رباطهای زانو وارد آید یا به کشکک وارد شده و سبب شکستگی یا دررفتگی آن گردد. همچنین می تواند منجر به شکستگی استخوان در محل زانو شود و در موارد نادر منجر به دررفتگی زانو شود که حقیقتاً یک اورژانس محسوب می گردد.

پیچ خوردگی و شکستگی مچ پا از آسیب های شایع در ورزشهای رزمی محسوب می شوند. همچنین آسیب به انگشتان اول و دوم و پنجم نیز شایع است و احتمال دارد در دراز مدت در این انگشتان آرتروز رخ دهد.

• آسیب ارگان های شکم:

در ضربه به شکم بخصوص ضربات چرخشی پا احتمال آسیب ارگانهای شکمی مثل کبد، طحال، کلیه و پانکراس ( لوزالمعده ) وجود دارد. همچنین یک ضربه کنترل نشده پا می تواند به آسیب بیضه ها و خونریزی آنها منجر گردد که استفاده از محافظ توصیه می شود.

• آسیب قفسه سینه :

در اثر مشت قوی یا ضربه شدید پا به قفسه سینه احتمال شکستگی دنده یا التهاب قسمت قدامی دنده ( کوستوکندریت) و در مواردی ورود هوا به داخل پرده جنب وجود دارد.

اعمال قبل از انجام ورزش کاراته جهت آمادگی فرد و پیشگیری از آسیب

گرم کردن یکی از اصول علمی تمرینات محسوب می شود که هر ورزشکار می بایست به آن توجه داشته باشد.

از مهمترین مزیت های گرم کردن صحیح، قبل از شروع تمرین،جلوگیری از آسیب ها و بهبود فعالیت در رکوردها می باشد.

الف- زمان گرم کردن بدن : با توجه به ورزش مورد نظر متفاوت می باشد و بطور کلی زمان گرم کردن حداکثر تا 20 دقیقه توصیه می شود که البته اگر شاخص سن بالا باشد این زمان کمی بیشتر خواهد شد.

ب- چگونه بدن را گرم کنیم: نحوه گرم کردن به نوع رشته ورزشی بستگی دارد. در گرم کردن حداکثر ضربان قلب ورزشکار باید به 120 برسد و بهتر است که بالاتر از آن نرود چون باعث خستگی ورزشکار شده و کارائی اش را در تمرین پایین خواهد آورد. زمان گرم کردن هرچه به اجرای تمرین نزدیکتر باشد کارایی یهتری دارد.طبق تحقیقات بعمل آمده اثر گرم کردن در بدن 15 تا 20 دقیقه بطور موثر می ماند .

برای گرم کردن بدن می توان از حرکات زیر استفاده کرد.

1- حرکات کششی

2- دوهای نرم و دوهای آرام

3- نرمش های آرام

4- حرکات بالستیک(تابی)

5- حرکات انعطافی

در گرم کردن برای جلوگیری از آسیب دیدن عضلات بدن باید توجه بیشتری به عضلات آسیب پذیر بدن مانند عضلات پشت ران یا همسترینک.عضله دو قلوی پشت پا،کمرو پشت داشت .

ج:نتیجه گرم کردن صحیح بدن:

1-حرکات کششی بدون درد باعث تحریک گیرنده های داخل عضله از نظر فیزیولوژیک شده و دمای بدن را بالا می برد وباعث بالا رفتن سوخت و ساز شده و انتقال عصبی سریع تر می گردد و اکسیژن زودتر به سمت عضله آزاد می شود.

2- از چسبندگی عضلات کم شده و بر دامنه حرکتی عضله افزوده می گردد.

3- باعث افزایش تحریک پذیری واحدهای عصبی می شود

4- گرم کردن تاحدی در بهبود رکورد مناسب موثر است

بتن واتر پروف

برای دانلود تحقیق،روی لینک زیر کلیک کنید :
http://www.4shared.com/document/YJDb_mGl/___online.html

از کهان تا کیهان

این فایل به صورت پاور پوینت میباشد برای دریافت بر روی لینک زیر کلیک کنید:
http://www.4shared.com/document/gltWuEaH/____.html


 

بتن غلطکی

بتن غلطکی


چكیده

استفاده از آسفالت قیری با توجه به معایب آن از جمله: آلودگی هوا و محیط زیست خصوصاً هنگام تولید، عدم سازگاری با شرایط اقلیمی به ویژه در فصل سرما، تغییر شكل و عمر كوتاه، عدم دوام در برابر مواد شیمیایی. با توجه به قیمت آن لازم دیده شد كه طرحی مناسب و جایگزین با قابلیتهای مصالح موجود در كشور انتخاب گردد كه پس از مطالعات اولیه و اجرای آزمایش با توجه به قابلیتهای فراوان رویه بتنی توانمند زود سخت شونده RCCP

( ROLLER COMPACTED CONCRETE PAVEMENTS)

عبارتند از: دامنه كاربرد بسیار وسیع، مقاومت فشاری بیش از سه برابر ماكزیمم مقاومت فشاری ثبت شده برای آسفالت قیری، صلبیت و عدم تغییر شكل، سازگاری با شرایط اقلیمی سرد و گرم، سرعت بالای اجرا و امكان بهره‌برداری زود هنگام، سازگاری با محیط زیست پیشنهاد گردید. بتن غلتكی RCCP برای اولین بار در ایران هم اجرا شد، آن هم توسط مجتمع تولیدی تحقیقاتی بتن ایران‌فریمكو در هشتگرد، نتایج آزمایشهای صورت گرفته نشان مي‌دهد كه این عملیات با موفقیت انجام گرفته است.

1ـ مقدمه

ازجمله مشكلات اساسی معابر سواره رو خیابانها و شبكه‌های بزرگراهی و محوطه‌های صنعتی در كشور ما تخریب و تعویض‌های متوالی آسفالت مي‌باشد كه در كنار تحمیل خسارات میلیاردی به اقتصاد ملی، ضریب ایمنی جاده‌ها و خیابانهای كشور را نیز به شدت كاهش داده است و البته خسارات فراوانی نیز به خودروها وارد مي‌كند به نحوی كه این وضعیت مورد اعتراض 100 درصد صاحبان اتومبیل‌ها و رانندگان مي‌باشد! اعتراض كه تكنولوژی فعلی ساخت معابر قادر به پاسخگویی و رفع این معضل نیست و نیازمند تغییر ساختاری و تكنیكی طراحی و ساخت معابر سواره رو و ترافیكی مي‌باشد. از طرفی معضل زیست محیطی استفاده از مواد فعلی و هیدروكربن‌ها در تركیب آسفالت قیری در كنار پائین بودن قابلیت‌ها و آسفالت‌ قیری برای احراز بسیاری از مشخصات فنی مورد لزوم در معابر ترافیكی بالاخص دوام و پایداری در برابر تغییرات جوی و سیكل‌های یخبندان، گزینه‌ رویه‌های بتنی RCCP را پیش رو قرار داده است.

2 ـ معایب آسفالت قیری

آسفالت قیری كه در مقابل فشارهای فیزیكی مقاومت چندانی ندارد، این مقاومت در مرغوبترین آسفالت قیری ایران معادل 85ـ75 كیلوگرم بر سانتیمتر مربع است. و در برابر تغییرات جوی و تغییر دما تغییر شكل مي‌دهد و عمر مفید كوتاهی دارد.

2 ـ1ـ آلودگی هوا و محیط زیست

برای تهیه آسفالت قیری به چیزی حدود 140 درجه سانتیگراد دما نیاز هست و در نتیجه برای تولید این نوع آسفالت مقادیر قابل توجهی سوخت به مصرف مي‌رسد و مي‌توان گفت به لحاظ زیست محیطی، اقتصادی و خصوصاً آلودگی هوا در كلان شهرها بسیار نامناسب است.



2 ـ 2ـ عدم سازگاری با شرایط آب و هوایی

بخش قابل توجهی از افت كیفیت آسفالت‌های قیری در عبور از فصل سرما و یخبندان اتفاق مي‌افتد و عواملی از قبیل پدیده جذب آب و یخ زدگی و آب شدگی، نفوذ آب به لایه‌های زیرین و یا استفاده از نمك برای یخ‌زدائی از جمله عوامل اصلی، تخریب آسفالتهای قیری در عبور از فصل سرما مي‌باشد.

در مناطق گرمسیر با مشكل تغییر شكل آسفالت قیری مواجه هستیم.

2 ـ3ـ عدم دوام در برابر مواد شیمیایی

آسفالت قیری در برابر مواد نفتی مانند گازوئیل، نفت، بنزین و اسیدهایی كه در محوطه‌های صنعتی وجود دارند تخریب مي‌شوند.

2 ـ4ـ استفاده از قیر نامناسب

قیر مورد مصرف در راه‌سازی به طور مستقیم در مقابل عوامل جوی بوده و باید ضربه‌های ناشی از حركت وسایل نقلیه را تحمل نماید

3ـ خواص بتن غلطكی

به طور كلی خواص بتن غلطكی سخت شونده بستگی به دانه‌بندی،‌ جنس و شكل سنگدانه‌ها، و مواد سیمانی، نحوه ساخت مخلوط، درصد تراكم و كنترل اجرا دارد. مزیت این روش ساخت بتن، هزینه كمتر از انواع دیگر بتن و سرعت اجرایی بسیار زیاد آن بوده و در عین حال دارای خواص مكانیكی مورد نیاز بتن معمولی نیز مي‌‌باشد. عموماً بتن غلطكی را بتنی سفت با اسلامپ صفر تعریف مي‌كنند.

3 ـ1ـ كاربرد رویه بتنی RCCP زود سخت شونده

دامنه كاربرد بسیار وسیع در ساخت جاده‌ها و خیابانهای اصلی و فرعی، آزاد راه‌ها، باند پرواز، آشیانه هواپیما، كف سالن‌های صنعتی، محوطه‌های صنعتی و انبارها، باراندازها، جاده معادن، پیاده روها، ورزشگاه‌ها، پیست اتومبیل‌رانی، كف نمایشگاه‌های صنعتی و تجاری، محوطه‌های تجاری، بنادر اسكله‌ها، دامداري‌ها، سردخانه‌ها، جاده‌های شیب‌دار، لوپ‌ها، میادین، دورها، پلها، كف ترمینال‌ها، ایستگاه‌های اتوبوس‌ و كامیون (گاراژ)‌ را مي‌توان نام برد.

3 ـ2ـ مقاومت رویه بتنی RCCP زود سخت شونده

مقاومت فشاری با نسبت آب به سیمان پایین و صفر بودن اسلامپ از 150 تا 300 كیلوگرم بر سانتي‌متر مربع كه در شرایط عمل آوری و با مرغوبترین مصالح به دست آمده است كه تحمل بارهای سنگین ترافیكی به ویژه در محل شیبها، دورها، بارهای ترافیكی و ایستگاه‌های سنگین را به راحتی تحمل مي‌كند.



3 ـ3ـ صلبیت

صلب بودن و عدم تغییر شكل در برابر بارهای وارده و ضربات ناشی از سقوط اجسام سخت.



3 ـ4ـ سازگاری با شرایط آب و هوایی

دوام بلندمدت نسبت به آسفالت قیری در مناطق گرمسیر و معتدل با توجه به اینكه در برابر افزایش دما مقاوم بوده و هیچگونه تغییر شكلی در آنها ایجاد نمي‌شود. در مناطق سردسیر رویه بتنی (RCCP) به خاطر جذب آب پایین و مقاوم بودن در برابر سیكل‌های یخبندان در مواجه با آسیبهای احتمالی ایمن و مقاوم است.



3 ـ5 ـ اجرا و بهره‌برداری زود هنگام

سرعت بالای اجرا و سهولت نگهداری و قابلیت بهره‌برداری زود هنگام حتی در مواقع اضطرار (دوازده ساعت پس از اجرا).

3 ـ6ـ سازگاری با محیط زیست

رویه بتنی RCCP به خاطر نفوذناپذیری مواد متشكله آن به بافت مصالح و طبیعت، به عنوان رویه سازگار هیچگونه مشكل زیست محیطی در محدوده كاربردی خود ندارند. و تا پایان دوره دوام مواد و مصالح متشكله آن به عنوان بخشی از طبیعت تعریف مي‌شود. رنگ خاكستری و خنثی RCCP، ضریب جذب دمای مناسبی دارد و این به خاصیت پایین آوردن دمای محیط كمك مي‌كند.

3 ـ7ـ گزارش فنی بتن توانمند زود سخت شونده RCCP

پس از انجام مطالعات اولیه، بررسی و ارزیابی قابلیت‌های مصالح موجود در كشور در نهایت طرحی مناسب با كشورمان تهیه و تدوین شد كه در ابتدای سال 1384 به ثمر نشست نتایج آزمایشهای ما كه پس از طی 28 روز با عنوان دوره بلوغ بتن انجام شد، نشان داد كه همه چیز براساس پیش‌بینی ما و مطابق با محاسبات و طراحي‌های اولیه جواب داده است كه مي‌توان به نمونة‌ اجرا شده در هشتگرد اشاره كرد.



4 ـ نتیجه‌گیری

پس از ذكر معایب آسفالت قیری و مزایای بتن غلطكی لازم است بدانیم كه اولین گام‌ها برای جایگزینی برداشته شده و نمونه‌ای برای ارزیابی و استناد اتفاق افتاده است. بیش از 40 سال است كه شیوه تولید، استفاده و مزایای بتن غلطكی در دانشگاه‌های ما تدریس مي‌شود، نیروی متخصص و آگاه در این باره در كشور تربیت شده است و همه شرایط و امكانات فراهم است، اما هم چنان از آسفالت قیری استفاده مي‌شود.



ملاحظات اساسی در انتخاب نسبت اختلاط مناسب بتن غلطکی عبارتند از :

1. روانی مناسب ( توجه به دانه بندی و درصد آب مناسب برای تراکم )

2. مقاومت کافی ( تامین خواص مکانیکی و چسبندگی درزها )

3. آب بندی ( کنترل تراوش )

4. حرارت هیدراتاسیون کم ( محدود نمودن پتانسیل ترک های حرارتی )



2- سه روش طراحی سد بتن غلتکی :

روش طراحی سد بتن غلتکی در سال های 1970 به سه طریق متفاوت در حال شکل گیری و تبیین بود . در ایالات متحده نوع کم سیمان آن مبتنی بر روش های مربوط به مصالح و اجرای سدهای خاکی توسط گروه مهندسین ارتش (Army Corps of Engineers ) توسعه یافت. مهندسین انگلیسی گزینه دیگری با خمیر سیمان زیاد به صورت تلفیقی از طرح اختلاط بتن متدوال و روش های ساخت سدهای خاکی را در نظر داشتند . گروه مهندسین ژاپنی روش دیگری را تعقیب نمودند که سد بتنی متراکم شده با غلتک ( RCD ) نامیده می شد . از سه حالت فوق RCD محافظه کارانه ترین حالت نسبت به سد بتنی مرسوم و تجارب اجرایی آن می باشد.



2-1- روش طرح مخلوط با خمیر زیاد (روش انگلیسی):

روش طراحی مخلوط با خمیر زیاد اولین بار توسط مهندسی به نام دانستان (Dunstan ) ابداع گردید و اداره عمران ایالات متحده بعداً تغییراتی در آن اعمال نمود که در سد آپراستیل واتر (Upper Still Water ) به کار برد . این روش با مفاهیم طراحی سد بتن غلتکی با خمیر زیاد منطبق بوده و در آن کل سازه غیرقابل نفوذ منظور می شود و چسبندگی بین لایه ها با توجه به ویژگی مخلوط فراهم می گردد . به منظور دستیابی به چنین معیارهایی مواد شیمیایی بیشتر در مخلوط مصرف می شود تا بتن غلتکی با خمیر زیاد حاصل شود .

2-2- روش سد بتنی متراکم شده با غلطک RCD ( روش ژاپنی) :

معیارهای طراحی مخلوط در روش RCD به شرح زیر است :

1. مقدار سیمان بایستی حتی الامکان کم در نظر گرفته شود در حالی که با مشخصه های مقاومت در نظر گرفته شده سازگار باشد . مقداری خاکستر بادی به عنوان ماده افزودنی مصرف شده تا بدین وسیله گرمای هیدراتاسیون و نیازهای آب مخلوط کاهش یابد .

2. لازم است نسبتی از ماسه به مصالح سنگدانه ای درشت دانه بیش از نسبت در نظر گرفته شده برای بتن حجیم معمولی منظور شود تا جدا شدن دانه ها کاهش یافته و تسهیلاتی در عمل تراکم با غلتک های ارتعاشی فراهم آورد .

2-3- روش کم سیمان (گروه مهندسین ارتش آمریکا) :

این روش مبتنی بر تجارب حاصله در هفت پروژه بتن غلتکی می باشد . روش مذکور از دستورالعمل ACI شماره 3/211 تحت عنوان روش استاندارد برای انتخاب نسبت های اختلاط در بتن بدون اسلامپ پیروی می کند . دستورالعمل فوق شامل چند جدول است که از روی تجربیات مذکور در ارتباط با بتن غلتکی تهیه شده است . این روش تعیین نسبت های اختلاط می تواند برای دامنه وسیعی از مصالح و مشخصات پروژه مورد استفاده قرار گیرد .

فیزیک حرارت (موتورهای دیزلی)

سیر تاریخی موتور

برای دریافت فایل به صورت پاور پوینت روی لینک زیرکلیک کنید

http://www.4shared.com/file/c5BOWM9N/Diesel_Motor.html






لغوی:

این عبارت مرکب است از دو کلمه موتور به معنای بوجود آورنده قدرت و حرارت که بیان کننده نحوه تأمین این قدرت است که با استفاده از حرارت دادن سوخت ایجاد می‌شود.

دید کلی

بشر برای انجام کارهای روزمره و تأمین رفاه و آسایش خود از منابع قدرت مختلفی در زندگی خود استفاده می‌کند. این منابع قدرت که برای انجام کارهای مختلف مور استفاده قرار می گیرند عبارتند از :

• قدرت انسان: انسان برای انجام بسیاری از کارهای سبک از توانایی بدن خود استفاده می‌کند.

• حیوانات اهلی: استفاده از حیوانات در کارهایی مثل بارکشی و زراعت از اوایل تمدن بشری تا به حال رواج دارد.

• قدرت باد: از قدرت باد جهت حرکت برخی قایقها و یا آسیابهای بادی و یا تولید برق می‌توان استفاده کرد.

• قدرت آب: در مزارع آسیابهای آبی قدیمی وجود داشته است لیکن کاربرد قدرت آب امروزه به شکل تولید برق است.

• قدرت برق: برق منبع قدرتی است که به آسانی در دسترس قرار می‌گیرد. و به منظور ایجاد حرارت ، روشنایی و به کار انداختن دستگاههای مختلف می‌توان از آن استفاده کرد.



موتورهای اولیه

بشر از سالهای دور در فکر ساختن موتورهایی بوده است که با حرارت کار می‌کنند. لیکن در این زمینه تا قبل از قرن هفدهم هیچ نتیجه‌ای بدست نیامد. در سال 1678 میلادی یک فرانسوی به نام» آب ژان اوت فوی« پیشنهاد کرد که برای ایجاد قدرت از یک پودر قابل انفجار استفاده شود. گفته می‌شود که اوت فوی اولین کسی بوده است که موتوری را طراحی کرد که در آن از حرارت به عنوان یک نیروی جنبشی که قادر به تولید کاربرد ، استفاده گردیده است. پس از اوت فوی ، کریستیان هوگنز اولین کسی بود که اعتبار ساختن یک موتور حرارتی را کسب کرد. این موتور که در آن از یک پودر قابل انفجار به عنوان سوخت استفاده می‌شد. در سال 1680 میلادی در مقابل وزیر دارایی فرانسه به نمایش گذاشته شد.

موتور بخار

هیچ کدام از تلاشهای اولیه موفق واقع نشد و کوششهای بیشتر در ساختن یک موتور حرارتی تا مدتی حدود یکصد سال راکد ماند. تا آنکه دو قرن هیجدهم میلادی امکانات استفاده از بخار آب برای تولید قدرت و تشخیص و توسعه داده شد. اولین توسعه موفقیت آمیز موتورهای بخار در سال 1769 میلادی صورت گرفت. در این تاریخ بود که جیمزوات توانست یک موتور بخار قابل استفاده را به ثبت برساند.

تاریخچه:

در حدود سال 1800 میلادی فکر پژوهشگران به طرف ساخت موتورهای احتراق داخلی معطوف گردید. در طول سالهای 1800 تا 1860 میلادی تعدادی موتور ساخته شد که در حقیقت هیچکدام از آنها بطور واقعی موفقیت آمیز نبود اما گام‌های موثری نیز طی این سالها برداشته شد. مثل استفاده از تراکم در سیکل موتور و اصلاح سیستم اشتعال سوخت توسط بارنت در سال 1838 م و تولید یک موتور احتراق داخلی در مقیاس تجارتی توسط ژان ژوزف لنوآر در سال 1860.



بودوروشا

شاید بتوان گفت که اولین اقدام مهم برای توسعه موتورهای احتراق داخلی بوسیله یک مهندس فرانسوی به نام بودوروشا انجام گرفت. وی در سال 1862 م نظریه طرز کار موتور احتراق داخلی را بدست آورد که تمامی موتورهای احتراق داخلی امروزی نیز بر این اساس ساخته می‌شوند. او برای آنکه انجام کار احتراق توسط موتور به خوبی انجام شود. چهار مرحله را پیشنهاد کرده بود که باعث بازدهی بالای موتور می‌باشد.

اتو و کلارک

مهندس بودوروشا موفق به ساخت یک موتور بر اساس نظریاتش نشد. اما این نظریات به عنوان موارد لزوم پذیرفته شد. گرچه تلاشهای چشمگیری در سالهای بعد در ساخت یک موتور انجام پذیرفت اما تا سال 1876 که دکتر کلاآگوست آتو اهل آلمان اولین موتوری را که بر اساس اصل بودوروشا کار می‌کرد با موفقیت ساخت. به دنبال اختراع موتورهای چهارزمانه توسط آتو اختراع اولین موتور دوزمانه از سال 1878 میلادی بوسیله دوگالد کلارک انگلیسی به ساخت رسید. در این موتور یک زمان قدرت در هر دور گردش میل لنگ به جای هر دو دور گردش آن وجود دارد این موتور تا سال 1881 م به بازار عرضه نشد.





موتورهای حرارتی: این موتورها با سوزاندن مواد سوختی تولید قدرت می‌کنند و اصول کلی کار این موتورها بر اساس تشدید حرکت مولکولها به دلیل حرارت است.

حتما این را می‌دانید که مواد هنگامی که در معرض حرارت قرار می‌گیرند. حرکت مولکولهایشان سریعتر می‌گردد، البته این حرکت در گازها به شکل جابجایی مولکولها و در جامدات به شکل ارتعاش مولکولها در سر جایشان است. موتورهای حرارتی هم از این قاعده استفاده می‌کنند. لیکن در همه موتورهای حرارتی یک گاز باعث انتقال حرارت و انرژی می‌گردد.

بدین شکل که در موتورهای حرارتی یک قطعه متحرک به نام پیستون وجود دارد که در یک محفظه بسته به نام سیلندر حرکت رفت و برگشتی دارد. عامل این حرکت یک گاز است که یا در داخل خود سیلندر گرم می‌شود و یا خارج از محفظه سیلندر گرم شده و پس از گرم شدن به داخل سیلندر فرستاده می شود. این گاز داغ باعث حرکت پیستون می‌شود. انرژی این حرکت بوسیله مولکولهای پرانرژی گاز داغ تامین می‌شود.

چرخه عملكرد اين نوع موتور ها در نوع بنزيني مطابق با نمودار زير است :








ب الف






ت پ






A→B : در اين مرحله با احتراق مخلوط سوخت و هوا ماده كاري گرم مي شود .

B→C : ماده كا ري بصورت بي دررو انبساط مي يا بد .

C→D : ماده كاري در يك فرآيند حجم ثابت دما از دست مي دهد .

D→A : ماده كار ي بصورت بي دررو متراكم مي شود.

بدين ترتيب در فر آيند A→B ماده كار ي (مخلوط سوخت و هوا ) گرما ي QH حاصل از احتراق را در يافت مي كند و در فر آيند C→D با باز شدن سو پاپ دود گر ما از دست مي دهد .



چرخه حاضر را چرخه اتو مي نا مند .



چرخه كارنو :

آقاي كارنو ماشيني را بطور فرضي ساخت كه در ان از دو تحول دما ثابت و دو تحول بي دررو استفاده مي شد .مطابق شكل زير ا و ثابت كرد كه :

اگر چنين ماشيني ساخته شود ، آنگاه مي توان بيشترين بازده را بدست آورد. رابطه بازده او بدين شرح است :



كار در چرخه كارنو از رابطه زير بدست ميآيد :

















انواع موتورهای حرارتی

موتورهای حرارتی خود به دو دسته کلی احتراق داخلی و احتراق خارجی تقسیم می‌شوند.



• موتورهای احتراق خارجی: در این موتورها که عموما موتورهای بخار نامیده می‌شوند. از بخار آب به عنوان عامل محرک پیستون استفاده می‌شود. وجه تسمیه آن نیز بدین دلیل است که بخار داغ به علت محترق شدن ماده سوختنی در خارج از سیلندر موتور ایجاد می‌شود و توسط یک لوله به محفظه سیلندر منتقل می‌گردد.

• موتورهای احتراق داخلی: این موتورها خود به دو دسته کلی موتورهای اشتعال جرقه‌ای و دیزل تقسیم می‌شوند و وجه تسمیه آنها اینست که ماده سوختنی در داخل محفظه سیلندر محترق می‌گردد.

موتورهای اشتعال جرقه‌ای: در این موتورها پس از ورود مخلوط سوخت و هوا به داخل سیلندر از یک جرقه برای شعله‌ور ساختن آن استفاده می‌شود.

موتورهای دیزل: در این موتورها برای محترق ساختن سوخت از حرارت ایجاد شده بواسطه تراکم هوا استفاده می‌شود.

طرز کار

همانگونه که از نام این موتورها بر می‌آید با استفاده از حرکت ، تولید قدرت می کنند هرچند که این موتورها برای تولید حرارت ممکن است از سوختهای مختلف ، نظیر زغال سنگ ، نفت ، بنزین ، گازوئیل و یا گاز طبیعی استفاده کنند. اما در همه آنها انرژی آزاد شده بواسطه سوختن این مواد باعث حرکت پیستون و تولید قدرت می‌گردد. در موتورهای بخار ابتدا ‌آب را در یک مخزن که بوسیله مواد سوختنی حرارت داده می‌شود به جوش می‌آورند، سپس این بخارهای حاصله از جوشیدن آب بوسیله یک لوله به محفظه سیلندر و بالاتر از پیستون انتقال داده می‌شوند. انرژی جنبشی مولکولهای بخار آب باعث حرکت پیستون به سمت پایین می‌شود پس از رسیدن به پایین سیلندر یک وزنه تعادل و یا میل ‌لنگ باعث برگشتن پیستون به نقطه بالای سیلندر می‌شود و این چرخه ادامه پیدا می‌کند.

در موتورهای احتراق داخلی ماده سوختنی را در داخل محفظه سیلندر محترق می‌کنند. این احتراق آنقدر سریع اتفاق می‌افتد که حالت انفجاری دارد. انرژی آزاد شده در این انفجار باعث اعمال نیرو روی پیستون و حرکت دادن آن می‌شود این حرکت پیستون (در موتورهای تک سیلندر) یا پیستونها (در موتورهای چند سیلندر) بوسیله میل‌لنگ به حرکت چرخشی تبدیل می‌شود. که برای انجام کار مفید مورد استفاده قرار می‌گیرد.






ساختمان موتورهای حرارتی

ساختار کلی موتورهای حرارتی مشابه است. لیکن بنابر نحوه سوزاندن ماده سوختنی و یا نوع آن یکسری متعلقات آنها با یکدیگر تفاوت می‌کند. ساختمان کلی این موتورها متشکل است از یک سیستم برای تغذیه و کاربوراسیون سوخت یک سیستم به منظور خنک کاری موتور ، سیستم روغنکاری موتوری ، سیستم تنظیم ورود و خروج گازها یا سیستم سوپاپها ، سیستم مشتعل کننده و سوخت و قطعات ساختمانی موتور.



قطعات موتورهای حرارتی

• سیلندر موتور: سیلندر به عنوان بدنه و ستون فقرات موتور است، تمامی قطعات را در وضعیت معین خود نگه می‌دارد و محفظه بسته‌ای را جهت حرکت پیستون و ورود و خروج گازها را فراهم می‌آورد.

• پیستون: عامل انتقال انرژی آزاد شده از مولکولهای ماده سوختنی است.

• میل‌ لنگ : باعث تبدیل حرکت رفت و برگشتی پیستون یا پیستونها به حرکت چرخشی می‌شود.

• مانیتولدها : مجاری ورود هوا و یا خروج گازهای ناشی از احتراق هستند.

• سرسیلندر : محل قرار گیری برخی متعلقات مانند سوپاپها و نیز پوشاننده محفظه سیلندرها و متعلقات آنهاست.

• چرخ لنگر یا فلایویل : یکنواختی سرعت میل‌لنگ و انتقال توان از وظایف چرخ لنگر است.

• میل ‌بادامک : کار زمانبندی سوپاپها را انجام می‌دهد.

کاربرد

کاربرد موتورهای حرارتی در تمامی جنبه‌های زندگی نمایان است که عمده آن استفاده در اتومبیلها ، کشتیها و سایر وسایل حمل و نقل است، همچنین در تولید برق و کارهای دیگر مثل پمپاژ آب می‌توان از آنها استفاده کرد.



موتور دیزل

یکی از تلاشهای قابل توجه در توسعه انواع مختلف موتورهای احتراق داخلی کار دکتر ردولف دیزل یک مهندس آلمانی بود. که ایده استفاده از گرمای حاصل از تراکم زیاد جهت اشتعال سوخت درون سیلندر را مورد بررسی قرار داد. اولین نمونه موتور دیزل در سال 1898 میلادی با موفقیت ساخته شد که در طول 40 سال پس از آن گام‌های سریعی در توسعه و استفاده از اصول دیزل در موتورهای احتراق داخلی برداشته شد.

ریشه لغوی

کلمه دیزل نام یک مخترع آلمانی به نام دکتر رودلف دیزل است که در سال 1892 نوع خاصی از موتورهای احتراق داخلی را به ثبت رساند، به احترام این مخترع اینگونه موتورها را موتورهای دیزل می‌نامند.



رودولف دیزل: تمبر یادبود دیزل

رودولف دیزل در سال 1858 در فرانسه متولد شد و کار خود را به عنوان یک کارشناس یخچال برقی آغاز کرد. برای مدت ده سال او روی موتورهای حرارتی مختلفی، از جمله موتور هوا با نیروی خورشیدی کار کرد. ایده‌های دیزل برای یک موتور وقتی احتراق در سیلندر رخ می‌دهد در سال 1893 منتشر شد، یک سال بعد از آن که برای اولین حق امتیازش درخواست داده بود، امتیاز 608845 را برای موتور دیزلی دریافت کرد. موتورهای دیزلی امروزی، نسخه‌های تصحیح شده و بهبود یافته از مفاهیم اصلی رودولف دیزل هستند. آنها اغلب در زیردریایی‌ها، کشتی‌ها، لوکوموتیوها و بارکش‌های بزرگ و در دستگاه‌های تولیدی برقی استفاده می‌شوند.اگرچه او بیشتر به خاطر اختراع موتور گرمایی اشتعالی با فشار که اسم او را بر خود گرفته است، مشهور بود، دیزل هم‌چنین به عنوان یک کارشناس حرارتی و یک متخصص علوم اجتماعی قابل احترام بوده است. اختراعات دیزل سه نقطه مشترک دارند: آنها برمبنای قوانین یا فرایندهای طبیعی فیزیکی به تبدیلات گرمایی مربوطند. آنها مشخصاً درگیر طراحی مکانیکی هستند و انگیزه ایجاد آنها در اصل فکر مخترع درباره نیازهای جامعه ‌شناسی بوده است. دیزل در واقع با انگیزة قادر ساختن صنعت‌گران مستقل برای رقابت در صنعت، به ایدة موتور دیزلی رسیده است.





در Augsburg در دهم اگوست 1983، مدل اولیه دیزل، یک سیلندر آهنی ده فوتی با یک چرخ طیار در پایه‌اش، برای اولین بار با نیروی خودش به کار در آمد. دیزل دو سال دیگر را برای ایجاد اصلاحات گذراند و در سال 1896 مدل دیگری با کارآیی تئوری 75% در مقابل موتور بخار با کارآیی 15% معرفی کرد. در 1898، دیزل یک میلیونر بود. موتورهای او برای دادن نیرو به خطوط لوله‌کشی، دستگاه‌های الکتریکی و آبی، اتومبیلها، بارکش‌ها و کمی پس از آن در معدن‌ها، کارخانه‌ها، عرصه‌های نفتی و حمل و نقلهای اقیانوسی استفاده می‌شدند.



دید کلی

موتورهای دیزل ، به انوع گسترده‌ای از موتورها گفته می‌شود که بدون نیاز به یک جرقه الکتریکی می‌توانند ماده سوختنی را شعله‌ور سازند. در این موتورها برای شعله‌ور ساختن سوخت از حرارت‌های بالا استفاده می‌شود. به این شکل که ابتدا دمای اتاقک احتراق را بسیار بالا می‌برند و پس از اینکه دما به اندازه کافی بالا رفت ماده سوختنی را با هوا مخلوط می‌کنند.

همانگونه که می‌دانید برای سوزاندن یک ماده سوختی به دو عامل حرارت و اکسیژن نیاز است. اکسیژن از طریق مجاری ورودی موتور وارد محفظه سیلندر می‌شود و سپس بوسیله پیستون فشرده می‌گردد. این فشردگی آنچنان زیاد است که باعث ایجاد حرارت بسیار بالا می‌گردد. سپس عامل سوم یعنی ماده سوختنی به گرما و اکسیژن افزوده می‌شود که در نتیجه آن سوخت شعله‌ور می‌شود.

تاریخچه

در سال 1890 میلادی آکروید استوارت حق امتیاز ساخت موتوری را دریافت کرد که در آن هوای خالص در سیلندر موتور متراکم می‌گردید و سپس (به منظور جلوگیری از اشتعال پیش‌رس) سوخت به داخل هوای متراکم شده تزریق می‌شد، این موتورهای با فشار پایین بودند. و برای مشتعل ساختن سوخت تزریق شده از یک لامپ الکتریکی و یا روشهای دیگر در خارج از سیلندر استفاده می‌شد.





در سال 1892 دکتر رودلف دیزل آلمانی حق امتیاز موتور طراحی شده‌ای را به ثبت رساند که در آن اشتعال ماده سوختنی ، بلافاصله بعد از تزریق سوخت به داخل سیلندر انجام می‌گرفت. این اشتعال عامل حرارت زیادی بود که در اثر تراکم زیاد هوا بوجود می‌آمد. وی ابتدا دوست داشت که موتور وی پودر زغال سنگ را بسوزاند ولی به سرعت به نفت روی آورد و نتایج قابل توجهی گرفت.





طی سالهای متمادی پس از اختراع موتور دیزل ، از این نوع موتور عمدتا و منحصرا در کارهای درجا و سنگین از قبیل تولید برق ، تلمبه کردن آب ، راندن قایق‌های مسافری و باری و همچنین برای تولید قدرت جهت رفع بعضی از نیازهای کارخانجات استفاده می‌شد. این موتورها سنگین ، کم سرعت ، دارای یک یا چند سیلندر و از نوع دوزمانه یا چهارزمانه بودند.





پیشرفت بیشتر موتورهای دیزل ، تا توسعه سیستم‌های پیشرفته تزریق سوخت در دهه 1930 طول کشید. در این سالها رابرت بوش تولید انبوه پمپ‌های سوخت‌پاش خود را آغاز کرد. توسعه پمپ‌‌های سوخت‌پاش )پمپ‌های انرژکتور(با توسعه موتورهای کوچکی که برای استفاده در خودروها مناسب بودند متعادل شد.

موتورهای دیزل سبکتری که سرعتشان نیز بالا بود در سال 1925 به بازار عرضه شدند. با آنکه پیشرفت در ساخت این موتورها کند بود. اما در سال 1930 موتورهای دیزل قابل اطمینان که به خوبی طراحی شده‌بودند و چند سیلندر و سریع نیز بودند به بازار عرضه شد. این پیشرفت تا پایان جنگ جهانی دوم برای مدتی کند بود. لیکن از آن تاریخ تا کنون طراحی و تولید این موتورها به طریقی پیشرفت نموده است که امروزه استفاده گسترده و فراگیر از موتورهای دیزل را شاهد هستیم.



تقسیمات

موتورهای دیزل نیز مانند سایر موتورهای احتراق داخلی بر مبناهای مختلفی قابل طبقه‌بندی هستند. مثلا می‌توان موتورهای دیزل را بر حسب مقدار دفعات احتراق در هر دور گردش میل لنگ به موتورهای دیزل دوزمانه و یا موتورهای دیزل چهارزمانه تقسیم‌بندی نموده و یا بر حسب قدرت تولیدی که به شکل اسب بخار بیان می‌گردد. یا بر حسب تعداد سیلندر و یا شکل قرارگیری سیلندرها که بر این اساس به دو نوع موتورهای خطی و موتورهای V یا خورجینی تقسیم بندی می‌کردند و ...

ساختمان

ساختار موتورهای دیزل نه تنها در سیستم تغذیه و تنظیم سوخت با موتورهای اشتعال جرقه‌ای تفاوت می‌کند. بنابراین ساختارهای بسیار مشابهی میان این موتورها وجود دارد و تنها تفاوت ساختمانی آنها قطعات زیر است که در موتورهای دیزل وجود دارد و در سایر موتورهای احتراق داخلی وجود ندارد.

• پمپ انژکتور : وظیفه تنظیم میزان سوخت و تامین فشار لازم جهت پاشش سوخت را به عهده دارد.

• انژکتورها : باعث پودر شدن سوخت و گازبندی اتاقک احتراق می‌شوند.

• فیلترهای سوخت : باعث جداسازی مواد اضافی و خارجی از سوخت می‌شوند.

• لوله‌های انتقال سوخت : می‌بایست غیرقابل اشباع بوده و در برابر فشار پایداری نمایند.

• توربوشارژر : باعث افزایش هوای ورودی به سیلندر می‌شوند.

طرزکار

همانگونه که اشاره شد موتورهای دیزل بر اساس نحوه کارکردن به دو دسته موتورهای 4 زمانه و 2 زمانه تقسیم می‌شوند. لیکن در هر دوی این موتورها چهار عمل اصلی انجام می‌گردد که عبارتند از مکش یا تنفس - تراکم - انفجار و تخلیه اما بر حسب نوع موتورها ممکن است این مراحل مجزا و یا بصورت توام انجام گیرند.



سیکل موتورهای دیزل چهارزمانه

• زمان تنفس :

پیستون از بالاترین مکان خود (نقطه مرگ بالا) به طرف پایین‌ترین مکان خود در سیلندر (نقطه مرگ پایین) حرکت می‌کند در این زمان سوپاپ تخلیه بسته است و سوپاپ هوا باز است. با پایین آمدن پیستون یک خلا نسبی در سیلندر ایجاد می‌شود و هوای خالص از طریق مجرای سوپاپ هوا وارد سیلندر می‌گردد. در انتهای این زمان سوپاپ هوا بسته شده و هوای خالص در سیلندر حبس می‌گردد.

• زمان تراکم :

پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا (تا نقطه مرگ بالا) حرکت می‌کند و در حالیکه هر سوپاپ بسته‌اند (سوپاپ هوا و سوپاپ تخلیه) هوای داخل سیلندر متراکم می‌گردد و نسبت تراکم به 15 تا 20 برابر می‌رسد. فشار داخل سیلندر تا حدود 40 اتمسفر بالا می‌رود و بر اثر این تراکم زیاد حرارت هوا داخل سیلندر به شدت افزایش یافته و به حدود 600 درجه سانتیگراد می‌رسد.

• زمان قدرت :

در انتهای زمان تراکم در حالیکه هر دو سوپاپ همچنان بسته‌اند و پیستون به نقطه مرگ بالا می‌رسد مقداری سوخت روغنی (گازوئیل) به درون هوای فشرده و داغ موجود در محفظه احتراق پاشیده می‌شود و ذرات سوخت در اثر این درجه حرارت زیاد محترق می‌گردند. پس از خاتمه تزریق سوخت، عمل سوختن تا حدود 3/2 از زمان قدرت ادامه پیدا می‌کند.

فشار زیاد گازهای منبسط شده (به علت احتراق) پیستون را به طرف پایین و تا نقطه مرگ پایین می‌راند. حرکت پیستون از طریق شاتون به میل‌لنگ منتقل می‌شود و موجب گردش میل‌لنگ می‌گردد. در این مرحله حرارت گازهای مشتعل شده به 2000 درجه سانتیگراد می‌رسد و فشار داخل سیلندر تا حدود 80 اتمسفر افزایش می‌یابد.

• زمان تخلیه :

با رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین در مرحله قدرت ، سوپاپ تخلیه باز می‌شود و به گازهای سوخته تحت فشار اولیه اجازه می‌دهد سیلندر را ترک کند. پس پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا حرکت می‌کند و تمام گازهای سوخته را بیرون از سیلندر می‌راند. در پایان پیستون یکبار دیگر به طرف پایین حرکت می‌کند و با شروع زمان تنفس سیکل جدیدی آغاز می‌گردد

• .



سیکل موتور دوزمانه دیزل

در این نوع موتورهای دوزمانه سوپاپ تنفس هوای تازه ، نظیر آنچه در موتورهای چهارزمانه ذکر شد وجود ندارد. و به جای آن در فاصله معینی از سه سیلندر ، مجراهایی در بدنه سیلندر تعبیه شده است. که پیستون در قسمتی از مسیر خود جلوی آنها را می‌بندد، اصول کار این موتورها در دوزمان است، که در واقع در هر دور چرخش میل‌لنگ اتفاق می‌افتد.



• زمان اول :

پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا و تا نقطه مرگ بالا حرکت می‌کند. در این زمان پیستون پس از عبور از جلو مجاری تنفس هوای تازه را تاحد معینی متراکم می‌سازد. در طول این زمان سوپاپ تخلیه که در قسمت فوقانی سیلندر و در داخل سه سیلندر قرار دارد کماکان بسته مانده است.

زمان دوم :

در انتهای زمان اول مقداری سوخت روغنی (گازوئیل) به صورت پودرشده به درون هوای متراکم شده و داغ موجود در محفظه احتراق پاشیده می‌شود و ذرات سوخت محترق می‌گردد. فشار زیاد گازهای محترق شده پیستون را به طرف پایین می‌راند. پیستون در مسیر حرکت روبه پایین خود جلو مجاری تنفس هوای تازه را باز می‌کند. در این موقع هوای تازه به شدت وارد سیلندر می‌گردد. در همین حال سوپاپ تخلیه نیز باز می‌گردد و گازهای حاصل از احتراق بوسیله هوای تازه از سیلندر خارج می‌گردند. پس از رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین سیکل جدیدی آغاز می‌شود.

موتورهای امروزی

پس از این سالها قسمت اعظم تلاشهای مهندسان و مخترعان در بهبود و توسعه موتورهای ساخته شده بود که به صورت مختصر ذکر شدند که اکثریت این تلاشها جهت افزایش راندمان و بازدهی این موتورها بوده است البته در سال 1957 میلادی یک موتور ، پیستون گردان توسط وانکل اختراع شد که به نسبت متعلقات کمتری داشت و حجم کمتری را اشغال می‌کرد لیکن اکثریت موتورهایی که امروز مورد استفاده قرار می‌گیرند موتورهای بخار و موتورهای اشتعال جرقه‌ای و موتورهای دیزل می‌باشند.

موتورهای استرلینگ

موتور استرلینگ موتورهای گرما- کاری هستند که حرارت را تبدیل به جنبش می کنند و نسبت به موتور بنزینی و دیزلی کارآیی بیشتری دارند. امروزه چنین موتورهایی برای موردهای خاص استفاده می کنند مثل زیر دریایی یا قایق خصوصی. گازهایی که درون موتور استرلینگ استفاده می شود هرگز از موتور خارج نمی شوند. در چنین موتورهایی هیچ احتراقی صورت نمی پذیرد، هیچ اگزوزی وجود ندارد و هیچ صدای انفجاری شنیده نمی شود به همین دلیل چنین موتورهایی فاقد صدا هستند. این موتورها از منبع گرمایی خارجی مثل آتش استفاده می کنند. گرما به گاز درون سیلندر گرم شده اضافه می شود. همین امر سبب ایجاد فشار می گردد و پیستون را به سمت پائین می برد. زمانیکه پیستون راست پائین میرود پسیتون چپ به سمت بالا برده می شود. سپس گاز گرم را به سیلندر خنک شده وارد می نماید که خیلی سریع گاز را خنک می سازد و فشار آنرا پائین می آورد. پیستون سیلندر خنک شده گاز را، فشرده می سازد. گرمای ایجاد شده توسط چنین فشرده سازی توسط منبع خنک سازی خارج می گردد. موتور استرلینگ فقط نیرو را در مدت بخش اولیه چرخش بوجود می آورد. دو روش اساسی جهت افزایش نیروی خارجی چرخه استرلینگ وجود دارد: در مرحله اول، فشار گاز گرم شده بر پیستون فشار وارد می آورد. افزایش فشار در این مرحله نیروی خارجی موتور را افزایش میدهد. یک روش افزایش فشار، افزایش درجه حرارت گاز است.









موتورهای استرلینگ چگونه کار می کنند؟



موتور استرلینگ یک موتورحرارتی است که اختلاف زیادی با موتورهای احتراق داخلی در اتومبیل دارد که در سال 1816 توسط رابرت استرلینگ اختراع شد. موتور استرلینگ قابلیت بازدهی بیشتری نسبت به موتورهای بنزینی و دیزلی دارد.

اما امروزه موتورهای استرلنگ فقط در برخی کاربرد های خاص مانند زیر دریاییها یا ژنراتورهای کمکی در قایق ها که عملکرد بی صدا مهم است استفاده می شود. اگر چه موتورهای استرلینگ به تولید انبوه نرسید اما برخی اختراعات پرقدرت با این موتور کار می کند.

موتورهای استرلنگ از چرخه استرلنگ استفاده می کند که مشابه چرخه های استفاده شده در موتورهای احتراق داخلی نیست.

گاز استفاده شده در داخل موتورهای استرلنگ هیچ وقت موتور را ترک نمی کند و مانند موتورهای دیزل و بنزینی سوپاپ دود که گازهای پر فشار را تخلیه می کند و محفظه احتراق وجود ندارد .به همین علت موتورهای استرلنگ بسیار بی صدا هستند .

• چرخه استرلینگ از یک منبع حراتی خارجی که می تواند هر چیزی از بنزین و انرژی خورشیدی تا حرارت ناشی از پوسیدگی گیاهان باشد استفاده کند و هیچ احتراقی داخل سیلندرهای موتور رخ نمی دهد .

صدها راه وجود دارد که یک موتورهای استرلنگ ایجاد کنیم .در این مقاله ما درمورد چرخه استرلینگ و چگونگی کار انوع مختلف این موتورمطالبی می آموزیم .

چرخه استرلینگ:

قاعده اصلی کار موتور استرلنگ این است که مقداری گاز داخل موتور محفوظ شده است .چرخه استرلینگ شامل یک سری رویداد است که فشار گاز داخل موتور را تغییر می دهد و سبب ایجاد کار می شود . چند خاصیت مهم گاز وجود دارد که برای عملکرد موتورهای استرلنگ مهم است :

• اگر مقداری گاز محبوس در یک حجم ثابت از فضا داشته باشید و شما به آن گاز حرارت بدهید , فشار گاز افزایش خواهد یافت .

• اگر مقداری گاز محبوس داشته باشید و آن را فشرده کنید (حجم آن را در فضا کاهش دهید ) ، دمای آن گاز افزایش خواهد یافت .

اجازه دهید به هر کدام از مراحل سیکل استرلینگ ، هنگامی که به موتور ساده شده استرلینگ نگاه می کنیم برویم .

موتور ساده شده ما از دو سیلندر استفاده می کند. یک سیلندر به وسیله ی یک منبع خارجی گرما، گرم می شود (مثل آتش) ودیگری به وسیله ی یک منبع سرد خارجی ، سرد می شود (مثل یخ ).محفظه گاز دو سیلندر به هم متصلند ، وپیستون ها به طور مکانیکی به وسیله ی یک اتصال که چگونگی حرکت انها را معین می کند به یکدیگر متصلند .

دو پیستون در انیمیشن بالا تمام مراحل سیکل را انجام می دهند .

سیکل استرلینگ 4 مرحله دارد :

-1 حرارت به گاز داخل سیلندر گرم منتقل می شود (چپ) و سبب ایجاد فشار می شود این فشار پیستون را مجبور می کند تا به سمت پایین حرکت کند و این قسمتی از سیکل استرلینگ است که کار انجام می دهد .

-2 هنگامی که پیستون راست به طرف پایین حرکت میکند پیستون چپ بالا می آید .این جابجایی گاز داغ را به داخل سیلندر سرد می راند ، که به سرعت گاز داخل منبع سرد را ، سرد می کند و فشار آن کاهش می یا بد .این عمل فشرده کردن گاز را در قسمت بعدی سیکل ساده تر می کند .

- 3 پیستون داخل سیلندر سرد (راست) شروع به فشرده کردن گاز می کند و گرمای تولید شده توسط این متراکم سازی به وسیله ی منبع سرد حذف می شود .

-4 هنگامی که پیستون چپ پایین می رود پیستون سمت راست بالا می آید .این عمل گاز را به داخل سیلندر گرم می راند ،که به سرعت گرم شده و فشار ایجاد می کند .در این هنگام سیکل تکرار می شود .

موتوراسترلنگ فقط در طول مرحله اول سیکل نیرو تولید می کند . در این جا دو روش برای افزایش قدرت خروجی از سیکل استر لیتگ وجود دارد :

• افزایش قدرت خروجی در مرحله اول : در مرحله اول سیکل، فشار گاز گرم، پیستونی که کار انجام می دهد را می راند ، افزایش فشار در طول این قسمت از سیکل قدرت خروجی موتور را افزایش می دهد .یک راه افزایش فشار، افزایش دمای گاز است . هنگامی که ما بعدا به دو پیستون موتور استرلنگ در این مقاله نگاه کنیم خواهیم دید که چگونه یک وسیله که ریجناتور نامیده می شود قدرت خروجی موتور را به وسیله ی حرارت ذخیره شده ی لحظه ای بهبود می بخشد .

• کاهش قدرت استفاده شده در مرحله 3 :در مرحله سوم سیکل ، پیستون روی گاز کار انجام می دهد و از قسمتی ازکار ایجاد شده در مرحله اول استفاده می کند . کاهش فشار در طول این مرحله از سیکل، می تواند قدرت استفاده شده در این مرحله را کاهش دهد (و به طور موثر قدرت خروجی افزایش می یابد ). یک راه کاهش فشار سرد کردن گاز در دمای پایین تر است .

این بخش سیکل ایده آل استرلینگ را توضیح داد .کار واقعی موتور به دلیل محدودیتهای طراحی فیزیکی مقداری با سیکل ایده آل اختلاف دارد .

در دو قسمت بعدی ما نگاهی به دو نوع مختلف موتورهای استرلنگ می کنیم .تحلیل نوع جابجا شونده موتور ساده تر است بنابراین ما این نوع را شروع می کنیم .

نوع جابجا شونده موتور استرلینگ :

به جای داشتن دو پیستون ،نوع جابه جا شونده یک پیستون دارد که جابه جا می شود .جابه جا کننده برای کنترل موقعی که مخزن گاز گرم و یا موقعی که سرد است به کار می رود .این نوع موتور استرلینگ اغلب به صورت نمایشی در کلاس درس استفاده می شود .شما حتی می توانید قطعات آنرا برای سر هم کردن بخرید .

به عبارتی حرکت موتور بالا مستلزم یک اختلاف دما بین بالا و پایین سیلندر بزرگ است . در این مورد ، اختلاف بین دمای دستتان و هوای اطراف آن برای چرخش موتور کافی است

در این موتورها :

-1 پیستون قدرت :که پیستون کوچکتر در بالای موتور است و به طور محکم محفوظ شده است وبه علت انبساط گاز داخل موتور بالا می آید .

-2 جابه جا کننده :که پیستون بزرگ در تصویر است .این پیستون در داخل سیلندر بسیار آزاد است بنابراین هوا به سادکی بین قسمت گرم و سرد موتور هنگامی که پیستون بالا و پایین می رود می تواند حرکت کند .

جابه جا کننده بالا و پایین می رود تا گاز داخل موتور گرم و سرد شود .دو موقعیت برای این حالت وجود دارد :

• هنگامی که جابه جاکننده نزدیک بالای سیلندر بزرگ است بیشتر گاز داخل موتور توسط منبع گرم ، گرم و منبسط شده است و فشار ایجاد شده درداخل موتور، نیروی بالا برندگی پیستون را ایجاد می کند .

• هنگامی که جابه جاکننده نزدیک کف سیلندر بزرگ است بیشتر گاز داخل موتور سرد و متراکم شده است که سبب افت فشار می شود و پایین آمدن پیستون قدرت را ساده تر می کند و گاز فشرده می شود .

موتور مکرر گاز را گرم وسرد می کند و از گاز منبسط و منقبض شده انرژی دریافت می کند .ما نگاهی به موتور استرلینگ دو پیستونه خواهیم داشت .

موتور استرلینگ دو پیستونه:

در این موتور ،سیلندر به وسیله ی مشعل خارجی گرم می شود . سیلندر سرد با جریان هوا سرد شده و در آن بالا و پایین می رود تا به فرایند سرد شدن کمک کند . میل رابط هر پیستون به یک دیسک کوچک متصل است که در حال چرخیدن به یک فلایویل بزرگ متصل است و هنگامی که نیرویی توسط موتور تولید نمی شود باعث تداوم حرکت پیستون می شود .

-1 در قسمت اول سیکل ، فشار تولید می شود و پیستون را به حرکت به سمت چپ مجبور می کند و کار صورت می گیرد . پیستون سرد چون در موقعیتی است که در حرکت خود تغییر جهت خواهد داد تقریبا ساکن باقی می ماند .

2 - در مرحله بعدی ، هر دو پیستون حرکت می کنند ،پیستون گرم به سمت راست و پیستون سرد به سمت بالا حرکت می کند . این عمل گاز را بیشتر به سمت رجیناتور و پیستون سرد حرکت می دهد .رجیناتور وسیله ای است که به طور موقت حرارت را می تواند ذخیره کند و از شبکه سیمی که گاز گرم از بین آن عبور می کند ساخته شده است .سطح بزرگ شبکه سیمی، حرارت را جذب می کند وآن را به آرامی به محیط سرد می دهد .

-3 پیستون در سیلندر سرد شروع به متراکم کردن گاز می کند .گرمای ایجاد شده توسط این تراکم به واسطه ی سطح سرد از بین می رود .

-4 در آخرین مرحله سیکل هر دو پیستون حرکت می کنند ، هنگامی که پیستون گرم به سمت چپ حرکت می کند پیستون سرد به سمت پایین حرکت می کند .

این عمل گاز اطراف رجیناتور (جایی که در طول سیکل قبلی گرما را ذخیره کرده بود ) را به داخل سیلندرگرم می راند .در این لحظه سیکل دوباره تکرار می شود.

شما ممکن است از اینکه هیچ درخواستی برای تولید انبوه موتور استرلینگ نبوده است تعجب کرده باشید .

چرا موتورهای استرلینگ متداول نیستند؟

دو ویژگی وجود دارد که ساخت موتورهای استرلینگ را برای استفاده در بسیاری از کاربردها مانند بسیاری از ماشین ها و کامیون ها غیر عملی می کند .

به دلیل اینکه منبع حرارت در خارج است برای موتور مقداری طول می کشد تا به تغییرات گرمایی داخل سیلندر عکس العمل نشان دهد. برای انتقال حرارت بین دیواره های سیلندر و گاز داخل موتور زمانی صرف می شود . این بدین معناست که :

•موتورقبل از اینکه کار مفید را ایجاد کند به مقدارزمانی نیاز دارد تا گرم شود .

• موتور نیروی خروجی اش را نمی تواند به سرعت تغییر دهد .

این نقایص باعث شده است که این موتور با موتورهای احتراق داخلی اتومبیل جایگزین نشود. هر چند که وجود موتور استرلینگی که به ماشین هیبریدی نیرو می دهد امکان پذیر است .

موتورهاي استرلينگ عليرغم مزاياي ويژه اي که نسبت به موتورهاي احتراق داخلي دارند، داراي اين عيب عمده هستند که به خاطر نحوه انتقال انرژي گرمايي، توان مورد نياز را با تاخير تامين مي کنند. کندي عکس العمل موتورهاي استرلينگ در مقابل تغييرات بار ورودي باعث محدوديت کاربردهاي صنعتي آنها خاصه در مواردي که نظير خودرو، نياز به تغييرات سريع بار وجود دارد گرديده است. مقاله حاضر روشي را براي اين حل مشکل در کلاس وسيعي از موتورهاي استرلينگ ارايه مي نمايد. در اين مقاله طراحي سيستم کنترلي، بر روي مدل رياضي غير خطي موتور استرلينگ نوع گاما که با استفاده از نتايج تجربي به دست آمده، اعمال شده است. سيستم کنترلي پيشنهادي بر مبناي تنظيم دو عامل دما و فشار به عنوان ورودي هاي کنترلي طراحي و ارايه شده است. نشان داده شده است که اين سيستم دو ورودي – يک خروجي، توانايي پاسخگويي به تغييرات سريع توان را دارد

در موتورهاي استرلينگ، علت اصلي كندي عكس العمل موتور نسبت به تامين توان مورد نياز آن است كه تامين انرژي سيستم به وسيله انتقال انرژي حرارتي از طريق پوسته گرمكن به گاز عامل داخل سيلندر انجام مي شود. چون انتقال انرژي حرارتي از طريق پوسته به كندي انجام مي شود، برخلاف اكثر سيستمهاي كنترلي، درموتورهاي استرلينگ عملگر سيستم خود داراي بيشترين تاخير زماني است. ، به منظور افزايش سرعت عكس العمل موتور استرلينگ به تغييرات توان مورد نياز، علاوه بر وروديهاي كنترلي دما و فشار، سرعت پيستون جابجايي نيز در نظر گرفته شده است. به اين ترتيب، سيستم كنترلي نخست درشرايط دما ثابت، براساس توان مورد تقاضا، ازجداول سرعت- توان، سرعت مناسب موتور را انتخاب مي نمايد. اين سرعت در ابتدا توسط يك موتور الكتريكي كمكي DC تامين مي شود. سپس، با مقايسه سيگنال خروجي، توان حاصله با توان مورد نياز، فرامين كنترلي براي تنظيم فشار و دماي گاز عامل تعيين مي شوند. در مدلسازي موتور استرلينگ فرض ايزوترم بودن فرايند حذف شده است تا رفتار مدل به موتور واقعي نزديكترباشد. نتايج شبيه سازي سيستم مدار بسته با كنترلر طراحي شده نشان دهنده افزايش موثر سرعت عكس العمل موتور است. همچنين، نشان داده شده كه سيستم كنترلي در مقابل اغتشاشات خارجي و داخلي نيز مقاوم است. اين اغتشاشات به صورت تغيير در دماي منبع سرد و تغيير در پارامترهاي سيستم اعمال شده است. به دليل ثابت بودن گشتاور موتور هاي استرلينگ در محدوده وسيعي از سرعت، در سيستم كنترلي فرض شده راندمان موتور كمتر دستخوش تغيير مي شود

دانشمندان تلاش ميكنند موتورهاي گرمايي را به بالاترين بازده ممكن يعني بازده كارنو ( بازدهي كه موتور گرمايي بتواند بدون اتلاف انرژي در جهت عكس(يخچال) هم كار كند يعني يخچالي كه به همان خوبي اي كه يخچال است بتواند موتور هم باشد يا بر عكس !) برسانند.موتور استر لينگ نمونه عيني قانون ترموديناميك در مورد موتورهاي گرمايي است( حتي بهتر از موتور بخار پيستوني) چون دقيقآ همان تعاريفي كه در ترموديناميك از ان مي شود را مي توان بدون هيچ تغييري در مورد موتور استرلينگ به كار برد( مثلآ موتورهاي چهار زمانه كار براتوري مرحله تخليه را مترادف بامرحله سرد شدن گاز محبوس( ! در ترموديناميك گاز كاري يا سيستم درون استوانه اي محبوس شده و هيچ ارتباط مستقيمي با محيط بيرون ندارد ضمن اينكه در شرايط ايدئال هميشه گاز در تعادل(شرايط استاندارد)است)در نظر مي گيريم) ولي در موتور استرلينگ واقعآ گاز محبوس را سرد مي كنيم و احتياج به هيچگونه تطبيق دادن فرايند ها و فرض انگاري نيست.

پس موتور استرلينگ براي ياد گيري اصول ترموديناميك مدلي بسيار عالي است به همين خاطر در كشورهاي غربي براي يادگيري بهتر اصول ترموديناميك دانش اموزان را با اين موتورها اشنا مي كنند ومثلآ دانش اموزان ترغيب مي شوند كه خودشان با وسايل ابتدايي مانند قوطيهاي كنسروو..كار دستي هايي از موتورهاي استرلينگ بسازند وقتي بچه ها مي بينند موتوري كه با دست خودشون ساخته اند و سر كلاس معلم قواعد حاكم بر ان را توضيح داده واقعآ كار مي كند اشتياق به يادگيري زيادي درونشان به وجود مي آید.

به عنوان يك مدل مي توان گفت يخچال شما توسط يك موتور استرلينگ كار ميكند

قبلآ گفته بودیم كه پمپها وموتورهاي شيميايي و به طور كلي انبساطي داراي اصول كار كرد يكساني هستندواقعآ مهيج است وقتي مي بينيد مطالب تئوري اينگونه و بدون هيچ اشتباه و خطايي به عمل تبديل مي شوندصرفآ با چند فرمول و قاعده كه بر مبناي اصول رياضي است در اكثر مورد وسيلهاي اختراع مي شود و سپس قوانين و فرمولها براي توجيه رفتار ان كشف مي شوند ولي اينكه از رابطه يا فرمولي وسيله اي ساخته شود كاري به مراتب مشكلتر است و فقط از پس افراد خاصي بر مي ايد...



موتور دیزلی تنها در محلی كه هوا وجود دارد، می تواند كاركند. موتور دیزلی، صدایی بسیار بلند تولید می كند كه برای زیردریایی بسیار نامناسب است. زیردریایی ها در هنگام غوطه ور شدن، از باتری هایی كه تنها برای یك روز قابلیت شارژ دارند، استفاده می كنند. موتورهای اتمی این محدودیت ها را ندارند، اما شركت سوئدی تولید كننده زیردریایی كوكافر AB راه حل دیگری را پیشنهاد می كند.این سازنده، موتورهای استرلینگ را درون تولیدات خود نصب می كند. این موتورها نیروی لازم را برای نیازهای الكتریكی زیردریایی ها فراهم می كنند. این طرح موتور نیازی به هوا ندارد و در همین حال دیزلی است و ذخیره اكسیژن را با خودش حمل می كند. به گفته لارس لارسون، مدیر بخش استرلینگ شركت، این زیردریایی می تواند هفته ها زیر آب بماند. برخلاف موتورهای دیزلی دیگر، موتور استرلینگ بسیار بی سروصدا كار می كند. موتور استرلینگ در نوع خود پدیده ای شگرف است، شاید به این دلیل است كه تعداد كمی از آنها در اطرافمان وجود دارند. هنگامی كه این گونه موتور اختراع شد، در قیاس با موتورهای بخار امنیت بیشتری داشت، اما با ظهور موتورهای درون سوز از وجهه آنها كاسته شد. با این حال، آنها هیچ گاه از رده خارج نبوده اند. سیكل استرلینگ در اسباب بازی های ساخت شركت «آمریكن استرلینگ»، با گرمای دست كار می كنند. موتورهای استرلینگ در خنك كننده های انجمادی و تولید نیرو در بخش های خاصی از صنعت به كار می روند، اما در ماه های اخیر، خبرهایی به گوش می رسد كه نشان دهنده فزونی توجه به این موتورها است. توسعه دهندگان موتورهای استرلینگ می گویند كه موتورهای آنها بازده انرژی بالایی دارند و دوام آنها از دیگر انواع موتورهای با كاركرد یكسان بیشتر است. این موتورها ساكت و آرام كار می كنند، زیرا سیكل های استرلینگ برخلاف موتورهای درون سوز، نیازی به انفجار سوخت برای به حركت درآوردن پیستون ها ندارند. تنها نیاز آن حرارت دائمی است. تفاوتی ندارد كه این حرارت از آتش مواد نفتی، شیمیایی، واكنش هسته ای و یا نور خورشید گرفته شده باشد. هنگامی كه دكتر رابرت استرلینگ در سال ۱۸۱۶ موتوری را كه اكنون به نام او خوانده می شود، به ثبت رسانید،او انتظار داشت نتیجه ای درخور، از تلاش های خود بگیرد. قصد او این بود كه راه حل جانشین امنی برای بویلرهای بخاری كه بر اثر ساخت بد مخازن، كاركنان اطراف آن را به كشتن می داد، بیابد. گازی كه درون سیلندر محبوس میشد در اثر فشار به بدنه، منفجر شده و افراد کشته می شدند.








رودولف كلازيوس (1888 – 1822) نخستين كسي بود كه در علم ترموديناميك مبحث آنتروپي را وارد كرد همان طور كه مي‌دانيد آنتروپي يك سيستم كه با مشخص مي‌شود از تقسيم گرمايي كه سيستم مي‌گيرد بر دماي كل سيستم بدست مي‌آيد: وي بيان كرد كه ماشين در حالت آرماني آنتروپي برابر صفر دارد يعني: و در مورد ماشينهاي غير آرماني آنتروپي با گذشت زمان افزايش مي‌يابد او قانون دوم ترموديناميك را با مبحث آنتروپي فرمولبندي كرد و دو قانون را در سال 1850 با اين عبارت بيان كرد: انرژي جهان ثابت مي‌ماند اما آنتروپي آن مايل است كه به حداكثر برسد.

چرخه كارنو



همواره، به دنبال گرفتن بيشترين مقدار كار از مقدار گرماي معيني هستيم كه از چشمه گرم به ماشين گرمايي داده مي‌شود. با اين حال هرگز نمي‌توان ماشين گرمايي ساخت كه بازده نظري آن %100 باشد. اما آيا مي‌توان چرخه‌اي را پيدا كرد كه وقتي ماشين گرمايي كه بين دو دماي TC و TH كار مي‌كند، بيشترين كارايي را داشته باشد؟ مفهوم آن اين است كه از مقداري انرژي گرمايي با دماي TH توسط يك چرخه ترموديناميكي، حداكثر چه مقدار كار مكانيكي مي‌توان گرفت؟ جواب اين سوال چرخه كارنو است. چرخه كارنو چرخه‌اي است كه بيشترين كارايي را دارد. چرخه كارنو از دو فرآيند همدما و فرآيند بي دررو تشكيل شده است.




ماده كاري ماشين كارنو، گاز كامل است.

گاز در مسير ab در دماي ثابت TH گرماي QH را از چشمه گرم مي‌گيرد و به طور هم دما منبسط مي‌شود.

در مسير bc ماده كاري به طوربي دررو مي‌شود و به دماي TC مي‌رسد.

در مسيرcd ، گاز كامل به طور همدما در دماي ثابت TC و با دادن گرماي QC به چشمه سرد متراكم مي‌شود.

در مسير da نيز ماده كاري به طور بي‌دررو متراكم مي‌شود و دمايش به TH مي‌رسد.

در چرخه كار نو رابطه روبرو برقرار است:



با توجه به كارايي:






علاوه بر ماشينهاي گرمايي كه مي‌توانند چرخه كارنو را طي كنند، يخچالها نيز مي توانند چرخه كارنو را طي نمايند كه به اين يخچالها، يخچال كارنو گفته مي‌شود.

چند سخن برادرانه و خودمونی:



شما اگر بخواهيد مطمئن باشيد مي تونيد بدون دانشگاه رفتن يك متخصص طراح موتورخيلي ماهر باشيد درست است كه براي طراحي حتي يك موتور چهار زمانه نسبتآ ساده به چند صد نفر نياز داريم تا هر كدام كار بخصوصي را انجام بدهند ولي حتي يك نفر متخصص هم مي تونه كار همه ي اونها را انجام بده به شرطي كه مهارتهاش را طي سالها روز به روز زياد كنه تا بالاخره در اين زمينه متخصص شود اگر سالها پيش حتي يك نفرايراني خودش را وقف موتور كرده بود الان مجبور نبوديم يك موتور با فناوري سطح متوسط اروپاي فعلي را موتور ملي خودمون بناميم در صورتي كه اصلا مي تونيم اونرا موتوري الماني بناميم من اصلآ نميخوام قدر نشناسي از زحمات محققان كشورمون كنم ولي حقيقت تلخ اينه كه در ايران چنين فردي كه بتونه فناوري طراحي موتور رابراي ايران بومي كنه نيست حالا شما ميتونيد از همين حالا مهارتهاي طراحي خودتون را تقويت كنيد تا انشاالله بتونيم دين خودمون را به كشورمون ادا كنيم اولين كار دادن طرح اوليه است كه ميتونه مال خودتون باشه يا كس ديگري

ابتدا اصول كاركرد موتور را مشخص كنيد و ببينيد ايا تا بحال چنين موتوري ساخته شده وپس از ساختن نمونه ي اوليه و مطمئن شدن ازكار كرد صحيح ان شروع كنيد به بهينه سازي طرح اوليه پس از كامل شدن بهينه سازي و طراحي اوليه كليه اجزاشروع مي كنيم به طراحي دقيق اجزاء امروزه با وارد شدن نرم افزارهاي بسيار قوي در زمينه ي شبيه سازي واناليز كارها بسيار سريعتر و دقيقتر انجام مي شودولي بازهم مجبوريد در بسياري مواقع از همان روشهاي سنتي استفاده كنيد در زمينه ي موتور شما به دو دانش اصلي تر موديناميك و ديناميك بايد احاطه ي كامل داشته باشيد و همچنين با يد رياضيات خودتون را بخصوص در زمينه ي حل معادلات ديفرانسيلي قوي كنيداين دروس بيشتر در دانشگاهها شامل دروس: مكانيك سيالات،تر موديناميك،مقامت مصالح،طراحي اجزاء ديناميك ،ارتعاشات،طراحي مكانيزمها.. مي باشد.

براي تمرين يك قطعه رادر نظر بگيريد مثل ميل لنگ ابتدا حركت انرا در كل مجموعه بررسي كنيد بينيدچند درجه ازادي دارد نقاط تكيه گاهي و قيد ان كجاست حدس بزنيد به چه قسمتهايي بار بيشتري وارد مي شوندچه قسمتهايي ميتونند باعث ارتعاش شديتري در سيستم شونداگر مي تونيد با فرملهايي كه بلديد نقاط بحراني سيستم را پيدا كنيدو هر قطعه اي را جدا گانه طراحي كنيدو اگر با نرم افزار ها اشنايي داري انها را تحت تنشهاي استاتيك ديناميكي و حرارتي قرار دهيد من هميشه در منزلم يك موتور همراه با كوليس ميكرو متر و ساعت اندازه گيري دارم در مواقع بي كاريم به سراغشون مي رم دقيقآ قطعات اونرواندازه گيري مي كنم و فكر مي كنم كه چرا مثلآ قطر اينجا بيشتر است و قطر اينجا كمتروچرا فلان قطعه اين شكل را داردو...و سعي مي كنم با فرمولهايي كه بلدم قطعه مورد نظرم را طراحي كنم و بعضي مواقعكه نتيجه مطلوب نمي رسم به مراجع ديگر رجوع مي كنم.به اين صورت در علم طراحي پيشرفت زيادي پيدا مي كنيدو به جايي مي رسيد كه با ديدن هر موتوري نقاط ضعف و قوت طراحي اش برايتان نمايان مي شودو با مواجه شدن با طرحهاي جديد آنآ چهار چوب و روند طراحي ان برايتان نمايان مي شود. رفتار سوخت را در موقع واكنش بررسي كنيد ضربه انفجار اونرو پيداكنيد و اثراتش را بر محفظه ي احتراق اگر مي تونيد با نرم افزار بدست بياريد.

بهترين شكل و جنس را براي قطعات پيدا كنيد همه ي قطعات طراحي شده را ادغام كنيدو بهينه ترين حالت را پيدا كنيدشايد چيزي كه به دست مي اوريد اصلآ با واقعيت صدق نكند ولي شما چيزهاي زيادي ياد مي گيريدچون مجبوريد به منابع زيادي رجوع كنيدتا به پرسشهايي كه در ذهنتان بوجود امده پاسخ دهيد و جسارت طراحي قطعات جديد درونتان بوجود مي ايد.

اگر بازم خواستيد پيش بريدو مشخص كنيد چه قطعاتي را نمي توان به سادگي ساخت ويا ساختشون گرون تموم مي شه اگه مي تونيد اونرا طوري طراحي كنيدكه بشه راحت ساختش وگرنه يكم بررسي كنيد ببينيد مي تونيد اجزاء ديگر را طوري تغير دهيد كه بتونيداون قطعه را دوباره طراحي كنيد و اگر بازم نشد ببينيد گرون تموم شدن قطعه بهتره يا طراحي مجدد مكانيزم و بالاخره طرحتون را كامل كنيد لازم نيست از قطعات پيچيده شروع كنيدمي تونيد از مكانيزمهاي كاملآ ساده واستاتيك شروع كنيد.

در ابتدا شايد سردر گم باشيدو اصلآ ندونيد بايد چكار كنيدولي كم كم راه مي افتيد.



کاری از:

مهدی حجتی





زمستان 1388

آزمایش تراکم خاک (پروکتور)

مقدمه:


آزمایش تراكم: عبارتست از كاهش دادن حجم خاك در اثر خارج ساختن هوا با استفاده از اعمال نیرو. كه در این حالت اصطكاك بین ذره ها بیشتر میشود و وزن واحد آن زیاد میشود.و این وزن، معیار تراكم خاك است.

تراكم به منظور افزایش مقاومت نیروی برشی است و كاهش نفوذپذیری، كه این به علت این است كه منافذ خاك كوچكتر میشود و در نتیجه عبور آب از این منافذ مشكلتر است.در خاكهای رسی یك مشكل وجود دارد و آن افزایش پتانسیل تورم می باشد.

عوامل موثر در تراكم خاك بستگی دارد به : 1- نوع خاك 2- انرژی 3- رطوبت

در این جا به نوع خاك اشاره شد. نحوه تراكم خاكها با توجه به مشخصات فیزیكی آن مختلف است. این خاکها عبارتنداز تراكم خاكهای غیر چسبنده و تراكم خاكهای چسبنده.

تراكم خاكهای غیر چسبنده(شن و ماسه):خاكهای غیر چسبنده معمولا از ذرات درشت دانه و نسبتا كروی شكل تشكیل میشوند و درجه تركم آنها بستگی به طرز قرار گرفتن ذرات در كنار یكدیگر دارد. از آنحایی كه ذرات تقریبا غیر قابل تغییر شكل و تراكم ناپذیر هستند استفاده از ارتعاش و لرزه بهترین وسیله جهت متراكم كردن اینگونه خاكها میباشد.



نوع ماسه روش ایجاد تراكم

ماسه خشك ارتعاش

ماسه مرطوب استغراق+ارتعاش

ماسه مستغرق ارتعاش

روشهای تراكم خاكهای درشت دانه:

به علت ساختمان خاص ذرات ریز دانه چسبنده مثل سیلت ریز و رس تراكم آنها به وسیله ارتعاش مقدور نیست و بار یا فشار استاتیك بهترین وسیله برای تراكم این گونه خاكهاست. برای نشان دادن تراكم پذیری این گونه خاكها تحت فشار میتوان مقداری آب به توده ای از خاك میكا افزود و آنرا در یك لیوان قرار داد.چنانچه با یك استوانه فلزی مقداری فشار روی سطح خاك در لیوان وارد اید مشاهده خواهد شد كه سطح خاك نشست قابل ملاحظه ای نموده است یعنی تحت تاثیر فشار استاتیك متراكم شده است.

با انرژی های مختلف میتوان تراكم های مختلف داشته باشیم.از طرفی برای تراكم كردن خاك میتوان رطوبت را نیز زیاد كرد. و برای این كه پروژه ای از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد باید مقدار رطوبت به حد اپتیمم باشد.

آزمایشهای دیگر نیز برای تراكم وجود دارد كه اصولا به 8 روش انجام پذیر است. ولی ما برای تراكم از روشهای استاندارد و اصلاح شده استفاده میكنیم.روش كار در همه یكسان است ولی تفاوت در مقدار وزنه و دیگر مشخصات میباشد.

در هنگام ساخت و اجرای بزرگراه ها و فرودگاهها و سازه های دیگر،متراكم كردن خاك یك امر ضروری جهت بهبود مقاومت خاك میباشد.پروكتور (1933) یك آزمایش تراكم آزمایشگاهی ابداع كرد تا به وسیله آن حداكثر وزن مخصوص خشك خاك كه برای تراكم در محل میتواند استفاده شود را تعیین كند این آزمایش به نام آزمایش تراكم پروكتور مشهور میباشد و در این بخش توضیح داده میشود

روند آزمایش:

آزمایش پروکتور به دو روش انجام میپذیرد :

1) روش اشوی استاندارد (تراکم دستی) : در این روش از چکشی به وزن 5.5 پوند و ارتفاع سقوط 13 اینچ(یک فوت) وتعداد 56 ضربه در سه لایه تراکم، و قطر قالب 6 اینچ استفاده میگردد .

2) روش اشوی اصلاح شده (تراکم پیشرفته) : در این روش از چکشی به وزن 10 پوند و ارتفاع سقوط 18 اینچ (یک و نیم فوت) و تعداد 25 ضربه در پنج لایه تراکم، و قطر قالب 4 اینچ استفاده میگردد.

در این آزمایش از روش استاندارد استفاده نموده ایم که البته نتیجه همه آزمایشها یکی است و تفاوت فقط در عملکرد و حجم قالب ها و تعداد ضربه هاست که به دلیل اختلاف وزن چکش است.



وسایل:

1) الک 4/3 اینچ

2) چکش پروکتور

3) قالب (ارتفاع 4.6 اینچ)

4) سر قالب (ارتفاع 2.5 اینچ)

5) زیر قالب با متعلقات

6) ظرفی برای خاک مرطوب کردن (استانبولی)

7) ترازو با دقت 0.01 گرم

8) گرمخانه (Oven)

9) کاردک و خط کش

شرح آزمایش:

ابتدا قالب و زیر قالب را سرهم نموده و وزن می نماییم سپس مقداری خاک عبوری از الک 4/3 اینچ (تقریباً دو برابر حجم قالب)، را در داخل استامبولی ریخته و به مقدار تقریبی 15 درصد ،آب به آن اضافه می کنیم(با توجه به دانه بندی خاک که هر چه ریزتر باشد آب بیشتری مورد نیاز بوده و هر چه درشت دانه باشد آب کمتری نیاز دارد که به دلیل سطح مقطع دانه هاست) وبعد خاک را کاملا ترکیب میکنیم تا خاک مرطوبی یکدست بدست بیاید. سپس کمی بیش از 3/1 قالب را از خاک مرطوب بدست آمده پر میکنیم (تقریبا نصف قالب) و با چکش پروکتور به تعداد 56 ضربه تمام سطح خاک مرطوب را میکوبیم(متراکم می کنیم) و به همین ترتیب لایه دوم را نیز انجام میدهیم .

برای انجام لایه سوم ، سر قالب را بر روی قالب گذاشته و محکم بر روی قالب نگه می داریم و لایه سوم را تا سطح رویه سر قالب پر میکنیم و بعد شروع به کوبیدن ، طبق روال دو لایه قبلی میکنیم.

بعد از اتمام عمل تراکم ، سرقالب را باز نموده سطح قالب را با یک وسیله مانند کاردک یا خط کش فولادی یا هر وسیله دیگری کاملاً صاف کرده و قالب محتوی خاک مرطوب را وزن می نماییم.سپس قالب را باز نموده از قسمت سر و انتهای قالب نمونه برداری نموده، وزن کرده ، در داخل گرمخانه قرار میدهیم.

محتوای قالب را تخلیه نموده و به آن مقداری آب اضافه کرده دوباره خاک مرطوب را برای بدست آوردن ترکیبی یکنواخت ، کاملا هم می زنیم و اعمال فوق را تکرار نموده و نمونه گیری کرده ، نمونه را وزن نموده داخل گرمخانه قرار می دهیم.

برای بار سوم محتوای قالب کاملا تخلیه شده و به خاک مرطوب آب اضافه می نماییم و اعمال ذکر شده را انجام داده و در نهایت از آن نیز نمونه گیری نموده وزن کرده در داخل گرمخانه قرار می دهیم.

*نکته: تعداد ازمایشات انجام شده هر چه بیشتر باشد، نتیجه مطلوبتری به ما خواهد داد ولی حداقل تعداد آزمایشات سه بار میباشد تا با رسم نمودار، و پیدا نمودن این نقاط در آن یک سهمی بوجود آید که نقطه راس این سهمی رطوبت بهینه است که ما برای ایجاد تراکم حداکثری بدان نیاز داریم.

نمونه ها می بایست به مدت 24 ساعت در دمای 110 درجه سانتی گراد در داخل گرمخانه بمانند که پس از گذشت این مدت زمان، نمونه ها را خارج نموده وزن نموده و درصد رطوبت آنها را محاسبه می نماییم.

اینک با توجه به مقادیر بدست آمده از درصد رطوبت و داشتن وزن خاک مرطوب های محتوای قالب ، مقدار وزن مخصوص خشک خاک مرطوب ها را نیز محاسبه نموده و با رسم نموداری که محور افقی نشان دهنده درصد رطوبت و محر قائم نشان دهنده وزن مخصوص خشک مصالح می باشد در محیط Excel یک منحنی رسم می نماییم و با توجه به نمودار، نقطه ماکزیمم منحنی ، نقطه ای است که ما با آن رطوبت، بیشترین تراکم را در خاک، خواهیم داشت که رطوبت بهینه می باشد.

محاسبات:

وزن قالب با زیر قالب و متعلقات =W1 = kg 6.73

وزن خاک مرطوب اول + W1 =Wws1 = kg 13.074

وزن خاک مرطوب دوم + W1 =Wws2 = kg 13.278

وزن خاک مرطوب سوم + W1 =Wws3 = kg 13.030

وزن نمونه مرطوب اول = Ww1 = gr 45.51

وزن نمونه مرطوب دوم = Ww2 = gr 122.46

وزن نمونه مرطوب سوم = Ww3 = gr 71.56

وزن نمونه خشک اول = Wds1 = gr 39.57

وزن نمونه خشک دوم = Wds2 = gr 104.82

وزن نمونه خشک سوم = Wds3 = gr 59.17

اینک وزن مرطوب نمونه ها را از وزن خشک نمونه ها کم میکنیم تا وزن آب موجود آنها بدست آید و با تقسیم بر وزن خشک نمونه ها درصد رطوبت هر یک را محاسبه می نماییم.

وزن آب نمونه اول =Ww1= kg 5.94

وزن آب نمونه دوم =Ww2= 17.64 kg

وزن آب نمونه سوم =Ww3= 12.39 kg

در صد رطوبت نمونه اول = 15.01%

در صد رطوبت نمونه دوم = 16.82%

در صد رطوبت نمونه سوم = 20.94%

با تبدیل مقادیر( اینچ به سانتی متر)حجم قالب ها را برای بدست آوردن چگالی مرطوب خاکها ، را بدست می آوریم: =2130.25 cm3 (2.54×4.6)×2(2.54×3 )×3.14 = r2hπ = حجم قالب

حجم قالب = Vs= 2130.25 cm3

اکنون با تقسیم وزن خاک مرطوب ها بر حجم قالب، جرم حجمی مرطوب هر خاک مرطوب بدست می آید:

W= Wws ÷ Vs γ

γw1=6344 gr ÷ 2130.25 cm3 = 2.978 gr/cm3

γw2=6548 gr ÷ 2130.25 cm3 = 3.074 gr/cm3

γw3=6300 gr ÷ 2130.25 cm3 = 2.957 gr/cm3

حالا با توجه به محاسبات انجام شده جرم حجمی مخصوص خشک (dγ ) هر خاک مرطوب را محاسبه مینماییم:

γd1= γw1 ÷ {1+(w/100)} = 2.978 ÷ (1+ 0.1501) = 2.589

γd2= γw2 ÷ {1+(w/100)} = 3.074 ÷ (1+ 0.1682) = 2.631

γd3= γw3 ÷ {1+(w/100)} = 2.957 ÷ (1+ 0.2094) = 2.445



γd

وزن مخصوص خشک γw

وزن مخصوص مرطوب W%

درصد رطوبت Ww

وزن آب نمونه Wd

وزن نمونه خشک Ww

وزن نمونه مرطوب Wws

وزن خاک مرطوب شماره آزمایش

2.589 3.025 15.01 % 5.94 gr 39,57 gr 45.51 gr 6444 gr 1

2.631 3.074 16.82 % 17.64 gr 104.82 gr 122.46 gr 6548 gr 2

2.445 2.957 20.94 % 12.39 gr 59.17 gr 71.56 gr 6300 gr 3

با داشتن مقادیر بالا از ستون ششم و ستون هشتم( از راست) برای رسم نمودار سهمی ،استفاده می نماییم تا رطوبت بهینه را بیابیم(رطوبت بهینه راس یا قله سهمی ما میباشد) :

نتیجه:

1) رطوبت بهینه ما در این آزمایش برابر با عددتقریبی 16.5% میباشد یعنی بهترین میزان رطوبت برای بیشترین تراکمی که میتوان بر خاک اعمال نمود این مقدار است.

2) هر چه از این درصد رطوبت ، رطوبت بیشتری به خاک اعمال کنیم نتیجه عکس خواهد بود زیرا ذرات آب فضای بین خاکها را پر نموده و خود جایگزین ذرات خاک خواهند شد.

3) هر چه از این میزان درصد رطوبت ، رطوبت کمتری به خاک اعمال شود تراکم کمتر صورت میگیرد چرا که ذرات آب همانند روغن عمل کرده و باعث لغزش ذرات خاک روی هم شده در نتیجه ذرات ریز، فضای خالی ذرات درشت تر را اشغال نموده تراکم افزایش می یابد وبا کم بود رطوبت این امکان وجود نخواهد داشت.

منابع خطا:

خطا ها ممکن است در:1) وزن کشی ،2) چسبیدن خاک به بدنه قالب ،3) تغییر ارتفاع سقوط، 4) چسبیدن خاک مرطوب به داخل بدنه چکش و در نتیجه سقوط ناقص چکش ،5) تخلیه ناقص قالب ،6) ترکیب نا همگن آب با خاک و... بوجود آیند. مهدی حجتی