جلسه دفاع پایان¬نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک- ساخت و تولید

موضوع:  طراحی، ساخت و ارزیابی یک کاهنده صوت ساخته شده به روش ذوب گزینشی با لیزر جهت استفاده در ایستگاه­   های تقلیل فشار گاز شهری

استادان راهنما: دکترمحسن بدرسمای- دکتر علی مالکی

استاد مشاور: دکتر علی لقمانی

استادان داور: دکتر مهدی کاظمی- دکتر رضا تیکنی

چکیده

در صنعت گاز، به‌منظور انتقال گاز طبیعی از کارخانه‌های تولیدی به شهرهای مختلف، گاز با فشار بالا در حدود 1000 پوند بر اینچ مربع مورد استفاده قرار می‌گیرد. با رسیدن گاز طبیعی به شهرها، لازم است فشار آن در ایستگاه‌های تقلیل فشار گاز (CGS) کاهش یابد. در این ایستگاه‌ها، فرایند کاهش فشار گاز منجر به تولید صدای بسیار زیادی می‌شود که یکی از مهم‌ترین منابع آلودگی صوتی در شبکه انتقال و توزیع گاز کشور به شمار می‌رود. از این‌رو، صداخفه‌کن‌های متخلخل به‌عنوان یکی از تجهیزات پرکاربرد در صنعت انتقال گاز طبیعی مورد توجه قرار گرفته‌اند. پژوهش حاضر با هدف طراحی، ساخت و ارزیابی یک صداخفه‌کن ساخته‌شده به روش ذوب گزینشی با لیزر برای استفاده در ایستگاه‌های تقلیل فشار گاز انجام شده است. در این راستا، طراحی صداخفه‌کن‌های پیشرفته به‌منظور بهبود عملکرد آکوستیکی و هیدرولیکی، از طریق انتخاب ساختار مناسب و بهینه‌سازی درصد تخلخل ساختار متخلخل برای دستیابی به بیشترین ضریب جذب صوت و کمترین افت فشار صورت گرفته است. در گام نخست، ساختار مناسب برای این کاربرد انتخاب شد. ساختار ورونوی به دلیل وجود مسیرهای پیچیده و به‌هم‌پیوسته و همچنین قابلیت تنظیم درصد تخلخل، به‌عنوان ساختار منتخب در این پژوهش در نظر گرفته شد. سپس، به‌منظور انجام مطالعات تجربی، سه نمونه با تخلخل‌های ۵۰، ۶۵ و ۸۰ درصد و ضخامت ثابت ۱۰ میلی‌متر، و همچنین دو نمونه دیگر با تخلخل ثابت ۶۵ درصد و ضخامت‌های ۱۰ و ۱۵ میلی‌متر، با استفاده از نرم‌افزار nTopology طراحی شدند. پس از طراحی، فایل ساختارهای ورونوی به دستگاه NOURA M120 منتقل شد تا فرایند ساخت انجام شود. این فناوری امکان تولید ساختارهای متخلخل پیچیده با کنترل دقیق درصد تخلخل، اندازه و شکل منافذ و همچنین نحوه اتصال داخلی ساختار را فراهم می‌کند. در مرحله بعد، آزمایش ضریب جذب صوت با استفاده از لوله امپدانس به روش دومیکروفونه در بازه فرکانسی ۳۰۰ تا ۶۳۰۰ هرتز انجام شد. همچنین، آزمایش افت فشار تحت جریان گاز آرگون برای نمونه‌ها صورت گرفت. در گام سوم، ابتدا پارامترهای آکوستیکی مدل JCA با استفاده از روش مشخصه‌یابی معکوس استخراج شدند و سپس نتایج تجربی با بهره‌گیری از نرم‌افزار کامسول صحت‌سنجی شدند. در نهایت، با استفاده از الگوریتم‌های بهینه‌سازی گلوبال سرچ (GS) و الگوریتم ژنتیک (GA) در نرم‌افزار متلب و همچنین با بهره‌گیری از مدل JCA برای پیش‌بینی ضریب جذب صوت و مدل‌های ارگن و بریکمن برای پیش‌بینی افت فشار، تخلخل‌های بهینه در سناریوهای مختلف محاسبه شدند. در سناریوی اول، ضریب وزنی ضریب جذب صوت و افت فشار به‌ترتیب برابر با 7/0 و 3/0 در نظر گرفته شد. در این حالت، تخلخل بهینه برابر با ۶۰ درصد به‌دست آمد و مقادیر میانگین ضریب جذب صوت و افت فشار به‌ترتیب برابر با 93/0 و 22/14 میلی‌بار بودند. در سناریوی دوم، ضرایب وزنی هر دو پارامتر برابر و معادل 5/0 در نظر گرفته شدند. در این شرایط، تخلخل بهینه برابر با ۶۳ درصد محاسبه شد و مقادیر میانگین ضریب جذب صوت و افت فشار به‌ترتیب برابر با 88/0 و 81/10 میلی‌بار به‌دست آمدند. در سناریوی سوم، ضرایب وزنی ضریب جذب صوت و افت فشار به‌ترتیب برابر با 3/0 و 7/0 انتخاب شدند. نتایج نشان داد که میانگین ضریب جذب صوت برابر با 76/0 و افت فشار برابر با 32/7 میلی‌بار است. در نهایت، تخلخل بهینه برای این سناریو برابر با ۶۷ درصد تعیین شد.

کلمات کلیدی: صداخفه‌کن (سایلنسر)، جاذب­های صوتی، مواد متخلخل، ساختارهای متخلخل، افت فشار، بهینه­سازی چندهدفه، ذوب گزینشی با لیزر، شبیه­سازی عددی