درباره نویسنده
استفان آر ترنز درجه مهندسی مکانیک خود را در سال ۱۹۷۰ از دانشگاه ایالت پنسیلوانیا، درجه کارشناسی ارشد را در سال ۱۹۷۴ از دانشگاه ایالت واین، و دکترای خود را در سال ۱۹۷۹ از دانشگاه ویسکنسین در مادیسون دریافت کرده است. وی در آزمایشگاه تحقیقات جنرال موتور از سال ۱۹۷۰ تا ۱۹۷۵ به عنوان مهندس محقق مشغول به کار بوده است. در سال ۱۹۷۹ به عضویت هیئت علمی ایالت پن در آمده و در حال حاضر استاد مهندسی مکانیک میباشد. دکتر ترنز طیف گستردهای از دروس را در زمینه علوم گرمایی تدریس کرده و به موجب تدریس برتر وی، جوایز متعددی در ایالت پن دریافت نموده است. وی یکی از محققین فعال احتراق با انتشارات بسیاری در این زمینه و یک عضو فعال در مؤسسه احتراق، انجمن مهندسی مکانیک آمریکا و انجمن مهندسی خودرو میباشد.
مقدمهای بر ویرایش دوم
در ویرایش دوم نیز همان اهداف اولیه متن اصلی حفظ شده است : هدف اول استفاده از تجزیه و تحلیلهای نسبتاً ساده و قابل درک جهت ارائه مفاهیم اصلی احتراق و هدف دوم معرفی طیف گستردهای از کاربردهای عملی و یا مرتبط با مفاهیم گوناگون نظری میباشد. هدف کلی از ارائه این کتاب، قابل استفاده بودن آن برای هر دو حالت مطالعه رسمی دانشجویان دوره لیسانس در مهندسی مکانیک و رشتههای مرتبط و مطالعه غیررسمی توسط تمرین و ممارست مهندسان میباشد.
هر چند استفاده از این کتاب به تنهایی کفایت نکرده و به کارگیری مباحث با جزئیات بیشتر و موضوعات پیشرفتهتر برای تکمیل متن مورد نیاز است، با این وجود، بسیاری از اساتید در اقصی نقاط جهان، از این کتاب برای تدرس اولیه احتراق در مقطع کارشناسی ارشد استفاده میکنند. در ویرایش دوم نیاز به موضوعات اضافی و عمیقتری در برخی از حوزههای مطالعه، بطور ویژه عنوان شده است. فصل ۷ شامل مفاهیم مرتبط با انتشار چند مؤلفهای، ازجمله انتشار گرمایی میباشد. در فصلهای ۷ و ۸، رابطه بقای انرژی گسترش یافته یکبعدی که شامل روابط چند مؤلفهای و انتشار گرماییست، بسط داده شده است. این روابط را میتوان در کدهای مختلف شعله که در آزمایشگاه ملی ساندیا توسعه یافتهاند، استفاده کرد. این ویژگی، زمینه مناسبی را برای اساتیدی که جهت آموزش این درس از چنین کدهایی در نرمافزار CHEMKIN استفاده میکنند، فراهم مینماید. هپچنین، فصل ۹ شامل بخشیهایی در زمینه انتشار شعلههای ناهمسو میباشد. برای استفاده از این کتاب در سطوح پائینتر از هیچ یک از ضمائم آن کاسته نمیگردد چراکه موضوعات پیشرفتهتر به گونهای در متن آن قرار داده شده است که میتوان آنها را بدون از بین رفتن پیوستگی مطلب از قلم انداخت. علاوه بر این، این مطالب اضافی، به طور کلی، طولانی نبوده و کتاب راحتی و آسانی خود را حفظ کرده است.
در پیوست فصل ۲ بحث مختصری از ساختار مولکولی سوختها آورده شده که شروعی بر متن اصلی کتاب میباشد. این پیوست اطلاعات مفیدی را برای درک بسیاری از مفاهیم ترموشیمیایی فصل ۲ و همچنین اطلاعات پیشزمینهای برای فهم برخی از مفاهیم شیمیایی- جنبشی که در فصل ۴ و ۵ توسعه داده شدهاند را فراهم نموده است. فصل ۴ شامل بخشی درباره تعادل جزئی و مقیاسهای زمان مشخصه شیمیایی میباشد، حال آنکه فصل ۵ آخرین پیشرفتها در سینتیکهای متان (GRI-Mesh) را شامل میشود. نمودارهای مسیر واکنش برای احتراق متان- هوا همواره تصویر واضحتر و جامعتری را از سینتیک احتراق متان به ما میدهد. فصل ۶ با نگاهی به یک نمونه راکتور یکنواخت و همگن که سینتیک دقیق را به کار میبرد، لینک دیگری را به نرمافزار CHEMKIN ارائه میدهد. در فصل ۸، موضوع ساختار شعله پیشآمیخته به منظور پیدا کردن درکی جزئیتر و شفافتر از این موضوع مهم بسط داده میشود. به طور منطقی، این مواد میتوانند شامل فصل ۲ یا ۸ باشد. مسائل جدید و مثالهای متعدد گوناگونی به بسیاری از فصلها اضافه شدهاند. برای حل برخی از مسائل سودمند و کاربردی، به استفاده از کامپیوتر نیاز است. نرمافزارهای کامپیوتری برای سازگاری با ویندوز به روز شدهاند.
امیدوارم که به کارگیری این کتاب برای کسانی که میخواهند بیشترین استفاده را از آن داشته باشند در سطوح پایه ادامه یابد و ارائه موضوعات اضافی در این ویرایش، کتاب را در سطح پیشرفتهتری مفید و سودمند واقع گرداند.
استفن ار. ترنز – دانشگاه پارک
پیشگفتار مترجمین
هدف اصلی ترجمه این کتاب ابتدا، ارائه مفاهیم اصلی احتراق با استفاده از تجزیه و تحلیلهای نسبتاً ساده و قابل درک است. هدف بعدی، معرفی طیف گستردهای از کاربردهای عملی است که با ایجاد انگیزه و ارتباط مفاهیم گوناگون نظری، منجر به درک بیشتر آن برای مخاطبین می شود. هدف فراگیر از ترجمه این کتاب، قابلیت استفاده آن برای مطالعه دانشجویان دوره کارشناسی ارشد و دکتری مهندسی مکانیک و رشتههای مرتبط با آن است و هم می تواند برای مطالعات غیررسمی برای مهندسین علاقه مند در این زمینه کارآمد باشد.
با توجه به اهمیت و جایگاه مبحث سوخت و احتراق در علوم مهندسی و عدم ارایه کتاب مناسب، جامع و مهم تر از همه کتابی قابل درک و تدریس برای دانشجویان مقاطع تحصیلات تکمیلی، مترجمین برآن شدند که کتابی با حفظ تمامی این مولفات در این خصوص ارایه نمایند. با جست وجو، نظرخواهی و مکاتبه با مدرسین این حوزه در نقاط مختلف جهان کتاب حاضر بهترین گزینه برای این مهم انتخاب شد.
مترجمین با تلاش شبانه روزی، موفق به ترجمه کتابی که در دستان شماست شدند. نظر باینکه کتاب حاضر اولین ترجمه از آن است، لذا از مدرسین، محققین، مهندسین و دانشجویان عزیز تقاضا می شود برای ارتقا هرچه بیشتر ترجمه و یا تکمیل مباحث مطروحه در آن، به مترجمین برای ویرایش دوم کتاب یاری رسانده و پیامهای خود را به صنوق پست الکترونیک Bakhshany@yahoo.com یا hftop97@yahoo.com ارسال نمایند.
با تشکر
یونس بخشان و حامد فلاح حقیقی – ۱۳۹۷
فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه
هدف از مطالعه احتراق
تعریف احتراق
حالتهای احتراق و انواع شعله
رویکرد به مطالعاتمان
فصل دوم: احتراق و ترموشیمی
نمای کلی
مروری بر روابط خواص
خواص مقداری و شدتی
معادله حالت
معادلات گرمایی حالت
مخلوطهای گاز ایدهآل
گرمای نهان تبخیر
قانون اول ترمودینامیک
قانون اول – جرم ثابت
قانون اول – حجم کنترل
مخلوطهای واکنشدهنده و محصول
استوکیومتری
آنتالپی مطلق (یا استاندارد) و آنتالپی تشکیل
آنتالپی احتراق و ارزشهای حرارتی
دماهای شعله آدیاباتیک
تعادل شیمیایی
ملاحظات قانون دوم
تابع گیبس
سیستمهای پیچیده
محصولات تعادلی احتراق
تعادل کامل
تعادل آب – گاز
اثرات فشار
برخی کاربردها
بهبودی و بازسازی
چرخش گاز حاصل یا خروجی
خلاصه
فهرست علائم و اختصارات
منابع و مراجع
پرسشهای دورهای
پیوست ۲ الف – برخی ویژگیهای شیمیائی سوخت
فصل سوم: مقدمهای بر انتقال جرم
نمای کلی
مبانی انتقال جرم
قوانین نرخ انتقال جرم
بقای گونهها
برخی از کاربردهای انتقال جرم
مسئله استفان
شرایط مرزی فصل مشترک مایع- بخار
تبخیر قطره
خلاصه
فهرست علائم و اختصارات
منابع و مراجع
پرسشهای دورهای
مسائل
فصل چهارم: سینتیک شیمیایی
نمای کلی
واکنشهای محلی در برابر واکنشهای مقدماتی
نرخهای واکنش ابتدایی
واکنشهای بیومولکولی و نظریه برخورد
دیگر واکنشهای مقدماتی
نرخهای واکنش برای مکانیزمهای چند مرحلهای
نرخهای تولید خالص
نماد بهم پیوسته
ارتباط بین ضرایب نرخ و ثابتهای موازنه
تقریب حالت پایدار
مکانیزمی برای واکنشهای تکمولکولی
واکنشهای زنجیرهای و شاخهای – زنجیرهای
مقیاسهای زمان شیمیایی
تعادل جزئی
خلاصه
فهرست علائم و اختصارات
منابع و مراجع
پرسشها و مسائل
فصل پنجم: برخی از مکانیزمهای مهم شیمیایی
نمای کلی
سیستم H۲-O۲
اکسیداسیون مونواکسیدکربن
اکسیداسیون پارافینهای مرتبه بالاتر
طرح کلی
مکانیزم محلی و شبهمحلی
احتراق متان
مکانزیم پیچیده
تجزیه و تحلیل مسیر واکنش با دمای بالا
تجزیه و تحلیل مسیر واکنش دمای کمتر پائین
تشکیل اکسیدهای نیتروژن
خلاصه
منابع و مراجع
پرسشها و مسائل
فصل ششم: ترکیب آنالیز شیمیایی و آنالیز گرمایی سیستمهای واکنشی
نمای کلی
راکتور فشار ثابت، جرم ثابت
کاربرد قوانین بقاء
خلاصه مدل راکتور
راکتور حجم ثابت، جرم ثابت
کاربرد قوانین بقاء
خلاصه مدل راکتور
راکتور اختلاط همگن
کاربرد قوانین بقاء
خلاصه مدل راکتور
راکتور جریان پیستونی
فرضیات
کاربرد قوانین بقاء
برنامههای کاربردی برای مدلسازی سیستم احتراقی
خلاصه
فهرست علائم و اختصارات
منابع و مراجع
پرسشها و پروژهها
پیوست ۶ الف
فصل هفتم: معادلات بقاء سادهسازی شده برای جریانهای واکنشی
نمای کلی
بقاء جرم کلی (پیوستگی)
بقاء جرم گونهها (پیوستگی گونهها)
انتشار چندجزئی
فرمولبندی عمومی
محاسبه ضرایب پخش چندجزیی
روش سادهسازی شده
بقای مومنتوم
فرمهای یکبعدی
فرمهای دوبعدی
بقاء انرژی
شکل یکبعدی کلی
فرمهای زلدوویچ
شکل مناسب محاسبات شعله
مفهوم کمیت نردهای یا اسکالرمحفوظ
تعریف کسر مخلوط
بقاء کسر مخلوط
معادله انرژی اسکالر محفوظ
خلاصه
فهرست علائم و اختصارات
منابع و مراجع
پرسشهای دورهای
مسائل
فصل هشتم: شعلههای پیشآمیخته آرام
نمای کلی
توصیف فیزیکی
تعریف
خصوصیات اصلی
شعلههای آزمایشگاهی نمونه
آنالیز سادهسازی شده
فرضیات
قوانین بقاء
تجزیه و تحلیل دقیق
معادلات حاکم
شرایط مرزی
ساختار شعله متان – هوا
فاکتورهای تأثیرگذار بر سرعت و ضخامت شعله
دما۳۹۲
فشار
نسبت همارزی
نوع سوخت
همبستگی سرعت شعله برای سوختهای منتخب
خاموش کردن، قابلیت اشتعال و جرقه
خاموشی به کمک یک دیوار سرد
معیارهای اشتعال و خاموشی
محدودیتهای اشتعالپذیری
سیستم جرقه
تثبیتکننده شعله
خلاصه
فهرست علائم و اختصارات
منابع و مراجع
پرسشهای دورهای
مسائل
فصل نهم: شعلههای انتشاری آرام
نمای کلی
جت آرام غیرواکنشی با چگالی ثابت
توصیف فیزیکی
فرضیات
قوانین بقاء
شرایط مرزی
توصیف فیزیکی شعله جت
توصیف نظری سادهسازی شده
فرضیات اولیه
معادلات بقای اصلی
روابط اضافی۴۵۶
روش اسکالر محفوظ
راهحلهای مختلف
طول شعله برای مشعلهای با پورت و شکاف استوانهای
روابط راپر
تاثیرات دبی و هندسه
تاثیر فاکتورهای استوکیومتری
تشکیل و تخریب دوده
شعلههای جریان متقاطع
تعریف ریاضی
ساختار شعله متان – هوا
خلاصه
فهرست اصلاحات
منابع و مراجع
پرسشهای دورهای
مسائل
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.