مهار نیروی انجماد و محاسبات مربوط به آن به روش تفاضل محدود

با توجه به محدود بودن سوخت های فسیلی بکارگیری و استفاده از انرژی های نو از موارد مورد توجه برای پژوهشگران در سال های اخیر بوده است. در این میان مواردی وجود دارند که به علت تکرار بسیار در طبیعت ساده تلقی می شوند. به عنوان مثال می دانیم آب هنگام انجماد افزایش حجم قابل توجهی می دهد و در این هنگام نیروی بزرگی را به اطراف وارد می کند این نیرو به قدری بزرگ است که گاهی باعث شکست سازه های فلزی می شود. در این مقاله به محاسبه انرژی حاصل از این تغییر حجم با استفاده از روابط ترمودینامیکی پرداخته ایم که گامی در جهت معرفی این انرژی خواهد بود. برای این منظور برنامه ای به روش تفاضل محدود با استفاده از نرم افزار Matlab تدوین گردید که خواص و حالات مختلف آب را در گام های زمانی متوالی در طی فرایند انجماد در حالات فشار ثابت و حجم ثابت محاسبه می نماید. به منظور حصول اطمینان از نتایج محاسبات، مدلی آزمایشگاهی ساخته شد و نتایج تئوری با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردید. به عنوان یک نتیجه کلی مشخص گردید که در فرایند انجماد، اگر حجم 60 سی سی آب تقریبا ثابت بماند، با رسیدن دما به 21- درجه سلسیوس در طی فرایند آزمایش ، فشار انجماد بر روی استوانه ای به قطر 31 میلیمتر، نیروی معادل 11.5 تن به سنسور، نیرو وارد می نماید.

کلیدواژه ها:

انرژی یخ ، انجماد ، نیرو ، اختلاف محدود