20284

۲۰۲۸۴

تحليل تئوري و تجربي فرآيند كانالسازي اصطكاكي اغتشاشي

دكتري

مكانيك جامدات - طراحي كاربردي

۱۳۹۲

۱۳۹۷/۱۱/۰۷

دكتر محمد حق پناهي

مكانيك

رشد و توسعه تجهيزات مكانيكي و الكتريكي فشرده و قدرتمند معمولاً نيازمند سيستم¬هاي زدايش حرارت كوچكي نيز مي¬باشد. مبدل¬هاي حرارتي مينياتوري يا از طريق اتصال چنيدين لوله و يا به واسطه ايجاد ارتباط ما بين كانال¬هاي سيال مستقلي ايجاد مي¬گردند كه هر يك در چندين گام ساخته شده است. در اين بين، كانال¬سازي اصطكاكي اغتشاشي ، فناوري مقرون به صرفه و نويني است كه مي¬توان از كاربرد عملياتي آن جهت كاهش پروسه ساخت كانال¬هاي متصل از چندين گام به تنها يك گام و غلبه بر چالش¬هاي ساخت كانال¬هاي خنك¬كار داخلي بهره جست. فرآيند FSC بر مبناي بهينه¬سازي يكي از عيوب جرياني متداول در فرآيند اصطكاكي اغتشاشي به نام عيب كرمي¬شكل بنا شده است كه خود بر ضرورت فهم دقيق جريان در ناحيه اغتشاش يافته و به دنبال آن بررسي تأثير شاخص¬هاي فرآيندي بر خواص كانال¬هاي توليد شده دلالت دارد. بنابراين، در اين رساله بر مبناي بررسي دقيق مطالعات موجود در پيشينه پژوهشي، مطالعه آزمايشگاهي فرآيند FSC طرح¬ريزي و در سه گام طراحي و ساخت گيره نگهدارنده، طراحي و ساخت سيستم بازبيني نيروهاي فرآيندي و طراحي و ساخت اوليه ابزارها اجرايي شده است. با اطمينان از موفقيت آزمايشگاهي فرآيند و با توجه به ضرورت وجود رابطه كيفي مابين شاخص¬هاي فرآيندي و خواص كانال¬هاي توليد شده، مدلي تحليلي بر مبناي رفتار اسكرو اكستروژن¬ها ارائه گشته است كه نتايج آزمايشگاهي نشان¬دهنده انطباق رفتاري اين مدل با فرآيند FSC است. از سويي ديگر و به منظور توسعه كاربرد صنعتي اين فرآيند، ضروري است تا تاثير شاخص¬هاي ساخت FSC بر اصلي¬ترين فاكتورهاي طراحي MHEs به وضوح مشخص گردد. بنابراين، در ادامه اين رساله، ابزارهاي نويني بر پايه مدل تحليلي ارائه شده و درك عميق جريان پيچيده ماده در فرآيندهاي بر پايه اصطكاكي اغتشاشي ، طراحي شده است. طراحي ابزارها بر پايه دو اصل كلي تسهيل جداسازي مواد و هم¬چنين تشديد ميزان ماده تخليه شده از حفره كانال¬هاي ايجاد شده استوار است. اين ابزارهاي طراحي شده FSC، به صورت تجربي در هر دو جريان آرام و آشفته مورد استفاده قرار گرفته¬اند تا تأثيرات هندسه اين ابزارها بر روي خواص عملكردي "مقاومت جرياني" و "مقاومت¬هاي حرارتي همرفتي و رسانش" گذرگاه-هاي خنك¬كاري ساخته شده، مورد مطالعه قرار گرفته و در نهايت به انتخاب ابزار الماسي شكل به عنوان ابزار برتر منجر گرديده است.

1398/01/24

Theoretical and Experimental Analysis of Friction Stir Channeling Process

1/27/2020 12:00:00 AM

The development and advancement of compact and robust electrical and mechanical apparatuses usually require small Heat Removal Systems. Miniature Heat Exchangers (MHEs) are either produced by attaching several pipes or by making a linkage between independent fluid channels each of which created following a series of steps. Friction Stir Channeling (FSC) is an economical and modern technology whose operational application can be benefited in order to decrease a multi-step channel production process into a single-step one and also to solve the manufacturing difficulties encountered in production of internal cooling channels. FSC process is being built upon the optimization of one of the common flow defects of Friction Stir Based Process (FSBP), called “Wormhole Defect”. Hence, the precise understanding of flow in the Nugget area followed by an investigation of process parameters’ impacts on the characteristics of the manufactured channels seems to be highly necessary. As a result, in the present dissertaion, the experimental investigation of FSC process is being planned based on the through investigation of existing studies in the background section and it is being executed by following three steps, namely the design and manufacture of: 1. Fixture, 2.System for monitoring and recording the process forces and 3.Initial tools. Being assured of the Process Experimental Success and considering the necessity for the existence of a qualitative relationship between the process parameters and the characteristics of the manufactured channels, an analytical model is being proposed for the very first time based on Screw Extrusion Behavior for which the Experimental results indicate suitable compatibility. On the other hand, in order to develop the industrial application of this process, there is a need to clearly specify the impacts of FSC-production parameters on the most remarkable MHE-design factors. Hence, in the continuation of this study, novel tools are designed based upon the proposed analytical model and the deep understanding of complex material flow in FSBP. Tools’ design is dependent on two general principles: facilitating the separation of material and intensifying the amount of material’ discharges from the manufactured channels’ void. These FSC-designed tools are empirically employed in both laminar and turbulent flows so that the geometrical impacts of these tools on the operational characteristics of “fluid resistance” together with “the convection and conduction thermal resistances” of the manufactured cooling channels to be studied and lead to the selection of the superior tool. Finally, the “Diamond shape tool” has been selected as the most efficient one.