مقاله با موضوع بهبود عملکرد، شبیه‌سازی، توان مکانیکی

دانلود پایان نامه ارشد

: نمودار جوشش مخلوط 50-50 آب و اتیلن گلیکول (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar4/1 و سرعت m/s7/0 60
شکل 3- 28: نمودار جوشش مخلوط 50-50 آب و اتیلن گلیکول (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar4/1 و سرعت m/s9/0 61
شکل 3- 29: شماتیک روش PIV [48] 64
شکل 3- 30: سرسیلندر شفاف ساخته شده از Plexiglass 65
شکل 3- 31: سرسیلندر شفاف ساخته شده از Plexiglass 66
شکل 3- 32: مخزن 66
شکل 3- 33: پمپ 66
شکل 3- 34: دبی‌سنج 66
شکل 3- 35: موتور به همراه سرسیلندر شفاف 67
شکل 3- 36: سرسیلندر شفاف نصب شده بر روی بلوک سیلندر 67
شکل 3- 37: دستگاه آماده شده برای مشاهده‌ی جریان خنک کننده در سرسیلندر 67
شکل 3- 38: دوربین پرسرعت MotionBLITZ 68
شکل 3- 39: نحوه قرارگیری دوربین پرسرعت بر روی سرسیلندر شفاف 68
شکل 3- 40: ترتیب نامگذاری در سرسیلندر 69
شکل 3- 41: راهگاه خنک‌کننده در سمت سوپاپ‌های دود 69
شکل 3- 42: دبی‌سنج 70
شکل 3- 43: عکس گرفته شده از مقطع A 71
شکل 3- 44: عکس گرفته شده از مقطع B 71
شکل 3- 45: تحلیل سرعت در نقطه‌ی A 71
شکل 3- 46: تحلیل سرعت در نقطه‌ی B 71

شکل 4- 1: مراحل جدا شدن حباب از سطح داغ [51] 77
شکل 4- 2: موازنه‌ی نیروی حباب 78
شکل 4- 3: مقادیر Sflow محاسبه شده در این پایان‌نامه با مقادیر داده شده توسط اشتاینر 81
شکل 4- 4: نمودار جوشش آب (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar1، سرعت m/s5/0 و دمای ورودی °C90 [27] 86
شکل 4- 5: نمودار جوشش آب (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar1، سرعت m/s5/0 و دمای ورودی °C90 [27] 86
شکل 4- 6: نمودار جوشش آب (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar2، سرعت m/s5/0 و دمای ورودی °C90، اطلاعات تجربی از مرجع [27] 86
شکل 4- 7: نمودار جوشش آب (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar6/2، سرعت m/s5/0 و دمای ورودی °C90، اطلاعات تجربی از مرجع [27] 86
شکل 4- 8: نمودار جوشش آب (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar1، سرعت m/s25/0 و دمای ورودی °C90، اطلاعات تجربی از مرجع [27] 87
شکل 4- 9: نمودار جوشش آب (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar2، سرعت m/s25/0 و دمای ورودی °C90، [18] 87
شکل 4- 10: نمودار جوشش آب (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar1، سرعت m/s1 و دمای ورودی °C90، [18] 87
شکل 4- 11: نمودار جوشش مخلوط حجمی 50-50 آب و اتیلن گلیکول (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar2، سرعت m/s25/0 و دمای ورودی °C90، [18] 87
شکل 4- 12: نمودار جوشش مخلوط حجمی 50-50 آب و اتیلن گلیکول (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar2، سرعت m/s5/0 و دمای ورودی °C90، [18] 88
شکل 4- 13: نمودار جوشش مخلوط حجمی 50-50 آب و اتیلن گلیکول (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar2، سرعت m/s1 و دمای ورودی °C90، [18] 88
شکل 4- 14: نمودار جوشش مخلوط حجمی 50-50 آب و اتیلن گلیکول (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar1، سرعت m/s5/1 و دمای ورودی °C90، [18] 88
شکل 4- 15: مقایسه نتایج آزمایشگاهی جوشش آب (انجام شده در این پایان‌نامه) با مدل نهایی بدست آمده برای جوشش، فشار bar4/1، سرعت m/s5/0 و دمای ورودی °C85 [61] 89
شکل 4- 16: مقایسه نتایج آزمایشگاهی جوشش آب (انجام شده در این پایان‌نامه) با مدل نهایی بدست آمده، فشار bar4/1، سرعت m/s75/0 و دمای ورودی °C85 [61] 89
شکل 4- 17: مقایسه نتایج آزمایشگاهی جوشش آب (انجام شده در این پایان‌نامه) با مدل نهایی بدست آمده برای جوشش، فشار bar4/1، سرعت m/s1 و دمای ورودی °C85[61] 90
شکل 4- 18: مقایسه نتایج آزمایشگاهی جوشش آب و اتیلن گلیکول (انجام شده در این پایان‌نامه) با مدل نهایی بدست آمده برای جوشش، فشار bar4/1، سرعت m/s5/0 و دمای ورودی °C85[61] 90
شکل 4- 19: مقایسه نتایج آزمایشگاهی جوشش آب و اتیلن گلیکول (انجام شده در این پایان‌نامه) با مدل نهایی بدست آمده برای جوشش، فشار bar4/1، سرعت m/s75/0 و دمای ورودی °C85 [61] 91
شکل 4- 20: دبی حجمی خنک‌کننده موتور EF7 در دورهای مختلف 93
شکل 4- 21: مدل یک‌بعدی راهگاه خنک‌کاری موتور EF7 93
شکل 4- 22: مسیرهای خنک‌کاری مربوط به یک بلوک سیلندر و سرسیلندر (بلوک سیلندر و سرسیلندر چهارم) 94
شکل 4- 23: سرعت‌ خنک‌کننده محاسبه شده توسط مدل یک‌بعدی در قسمتهای مختلف سرسیلندر چهارم به ازای دبی lit/min65 95
شکل 4- 24: مدل راهگاه خنک‌کاری بلوک سیلندر 97
شکل 4- 25: مدل راهگاه خنک‌کاری سرسیلندر 97
شکل 4- 26: مدل مش‌بندي شده راهگاه‌هاي سيال خنك‌كننده موتور 99
شکل 4- 27: نواحی و سطوح ورودی، خروجی و دیوارها 101
شکل 4- 28: نواحی ورودی، خروجی و دیوارها 101
شکل 4- 29: خطوط جریان خنک‌کننده موتور در راهگاه خنک‌کاری در دبی lit/min120 102
شکل 4- 30: توزیع فشار در طول راهگاه خنک‌کاری موتور با دبی lit/min65 103
شکل 4- 31: بردارهای سرعت در سمت راهگاه دود سرسیلندر شماره 4 (نقاط A و B) 104
شکل 4- 32: شبكه‌بندي بلوك سيلندر موتور 106
شکل 4- 33: شبكه‌بندي سرسيلندر موتور 106
شکل 4- 34: محفظه احتراق و محفظه دود و هوا 107
شکل 4- 35: محفظه مجراي عبوري روغن در موتور 107
شکل 4- 36: ضرایب انتقال حرارت و دما در محفظه احتراق موتور EF7 110
شکل 4- 37: کانتور دمای سطح بیرونی راهگاه خنک‌کاری 111
شکل 4- 38: شار حرارتی گذرنده از دیواره‌ی راهگاه خنک‌کاری 112
شکل 4- 39: کانتور دمای بدنه جامد موتور 112

شکل 5- 1: حالت معمولی الگوی ورودی و خروجی خنک‌کننده 116
شکل 5- 2: استراتژی اول مطرح شده برای ورودی و خروجی خنک‌کننده 116
شکل 5- 3: استراتژی دوم مطرح شده برای ورودی و خروجی خنک‌کننده 116
شکل 5- 4: استراتژی سوم مطرح شده برای ورودی و خروجی خنک‌کننده 116
شکل 5- 5: مدار یک‌بعدی یک بلوک سیلندر و سرسیلندر 120
شکل 5- 6: شار حرارتی بر حسب سرعت خنک‌کننده برای رژیم جابه‌جایی خالص و رژیم جوشش جریانی در دمای سطح °C130 و فشار خنک‌کننده bar 4/1 123
شکل 5- 7: شار حرارتی بر حسب سرعت خنک‌کننده برای رژیم جابه‌جایی خالص و رژیم جوشش جریانی در چهار فشار مختلف- دمای دیواره °C130 124
شکل 5- 8: نمودار سرعت مناسب خنک‌کننده برای دفع شار حرارتی‌های موجود در موتور با استفاده از رژیم جوشش جریانی در فشارهای مختلف 125
شکل 5- 9: مدار خنک‌کاری یک بلوک سیلندر و سرسیلندر بعنوان یک واحد مجزا 127

فهرست جداول

جدول 2- 1: مقایسه‌ی پارامترهای خنک‌کاری برای دو موتور خنک‌کاری دقیق و استاندارد [10] 15
جدول 2- 2: دماهای اندازه‌گیری شده در موقعیت بین سوپاپ‌های دود سیلندرهای مختلف [24] 37
جدول 2- 3: مقایسه‌ی مقادیر دما تحت شرایط جابجایی تنها، مدل جوشش چن، مدل اصلاح شده‌ی این مقاله و مقادیر آزمایشگاهی [24] 38

جدول 4- 1: مقایسه‌ی مقادیر سرعت در نقاط A و B با استفاده از روش تجربی PIV و شبیه‌سازی یک‌بعدی 95
جدول 4- 2: مقایسه‌ی مقادیر سرعت در نقاط A و B با استفاده از روش تجربی PIV و شبیه‌سازی یک‌بعدی 105
جدول 4- 3: خواص ترموفیزیکی سیال خنک‌کننده [63] 109
جدول 4- 4: دما و ضریب انتقال حرارت در راهگاه هوا، راهگاه دود و مجاری روغن 109

جدول 5- 1: دبی خنک‌کننده در ورودی های مختلف مدار خنک‌کاری معمولی و سه استراتژی مطرح شده 115
جدول 5- 2: سرعت خنک‌کننده در مناطق مختلف مسیر خنک‌کاری سیلندر شماره 1 در حالت معمولی و سه استراتژی مطرح شده 117
جدول 5- 3: سرعت خنک‌کننده در مناطق مختلف مسیر خنک‌کاری سیلندر شماره 4 در حالت معمولی و سه استراتژی مطرح شده 117
جدول 5- 4: افت فشار خنک‌کننده در مسیر راهگاه خنک‌کاری برای حالت معمولی و سه استراتژی مطرح شده با استفاده از محاسبات یک‌بعدی 118
جدول 5- 5: میزان شار حرارتی برای هر یک از این نواحی با استفاده از محاسبات تحلیل سه‌بعدی 119
جدول 5- 6: سرعت مناسب خنک‌کننده برای دفع شار حرارتی‌های موجود در موتور با استفاده از رژیم جوشش جریانی در فشارهای مختلف 126

فهرست علائم
q
:
انتقال حرارت
q”
:
انتقال حرارت بر واحد سطح
h
:
ضریب انتقال حرارت جابجایی
T
:
دما
A
:
مساحت
k
:
ضریب رسانش
Re
:
عدد رینولدز
L
:
طول مشخصه
Pr
:
عدد پراندتل
D
:
قطر
r
:
شعاع
Θ
:
زاویه
ρ
:
چگالی
μ
:
ویسکوزیته دینامیکی
ν
:
ویسکوزیته سینامتیکی
V
:
حجم
u
:
سرعت
α
:
ضریب پخش حرارتی
CP
:
ظرفیت گرمایی ویژه
m ̇_f
:
دبی جرمی سوخت
AP
:
سطح مقطع پیستون
P
:
فشار
Φ
:
ضریب تصحیح در معادله‌ی چن
S
:
ضریب سرکوب کننده
σ
:
کشش سطحی
ζ
:
کسر جرمی
λ
:
گرمای نهان تبخیر
X_tt
:
عدد مارتینلی
R
:
صافی سطح

زیر نویس‌ها
s
:
اشباع
sys
:
سیستم
w
:
دیواره
b
:
دمای توده‌ی سیال
fc
:
جابجایی اجباری
nb
:
جوشش هسته‌ای
D
:
جدایش (Departure)
L
:
بلند شدن (Lift)
flow
:
جریان
sub
:
مادون سرد (subcooling)
h
:
هیدرولیکی
f
:
مایع
g
:
گاز

فصل اول: دیباچه

1-1- اهمیت انتقال حرارت در موتورهای احتراق داخلی
موتورهای احتراق داخلی موتورهای حرارتی هستند که انرژی شیمیایی سوخت را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند. یکی از مهم‌ترین مباحث مطرح در موتورهای احتراق داخلی، مبحث انتقال حرارت در آن‌هاست. انتقال حرارت موتورهای احتراق داخلی از جنبه‌های گوناگونی حائز اهمیت است. یکی از این موارد محافظت از مواد به کار رفته در بخش های حساس موتور در مقابل ذوب شدن و یا تغییر شکل با توجه محدودیت های طراحی مواد است. مورد دیگر بهبود عملکرد3 موتور است؛ چرا که تقریباً یک‌سوم از انرژی تولید شده در داخل محفظه‌ی احتراق از طریق خنک‌کاری موتور از آن خارج می‌شود [1] و درصورتی که بتوان این مقدار را کاهش داد در حقیقت به توان مفید موتور افزوده خواهد شد. همچنین یکی از مهم‌ترین منابع آلودگی در موتورهای احتراق داخلی زمان گرم شدن موتور4 می‌باشد که مبحث خنک‌کاری نقش مؤثری در کاهش و یا افزایش زمان مذکور و متعاقباً کاهش و یا افزایش آلاینده‌های خروجی موتور به عهده دارد. یکی دیگر از موارد اهمیت انتقال حرارت موتور، حرکت سریع و رو به رشد موتورهای احتراق داخلی در جهت افزایش توان و کوچک‌سازی5 موتور است که در این قسمت نیز سیستم خنک‌کاری تقش انکارناپذیری را بازی می‌کند؛ چرا که تولید توان بیشتر در موتورهای احتراق داخلی با اندازه‌های کوچکتر موجب می‌گردد تا شار حرارتی بیشتری به اجزا و قطعات موتور تحمیل گردد که در این صورت، برخی از نقاط حساس موتور که در معرض شار حرارتی بیشتری هستند – مانند ناحیه‌ی بین سوپاپ‌های دود و اطراف شمع- در پاره‌ای از اوقات دردسرساز شده و دقت بیشتری در طراحی سیستم خنک‌کاری را می‌طلبد. از دیگر جوانب اهمیت انتقال حرارت در موتور می‌توان به بهبود عملکرد روغنکاری و کاهش پدیده ضربه6 اشاره کرد. با توجه به همه‌ی این موارد نیاز به خنک‌کاری بهتر و دقیق‌تر موتورهای مدرن همواره به عنوان یکی از نیازهای اساسی در طراحی موتور معرفی شده است.
موتور ملی EF7 یک موتور پایه گاز سوز چهار سیلندر 16 سوپاپ است که توسط شرکت تولید و طراحی موتور ایرانخودرو با همکاری شرکت FEV آلمان طراحی و ساخته شده است. علیرغم ویژگی‌های بسیار خوب این موتور در برخی موارد معایب اندکی نیز برای آن گزارش شده است. از جمله این معایب گزارشاتی است که از اعوجاج نشیمنگاه سوپاپ دود در این موتور گزارش شده است. این موضوع که از خنک‌کاری ضعیف در این نواحی حکایت می‌کند می‌تواند منجر به نشتی گاز از محفظه احتراق و در نتیجه افت توان و گشتاور گردد. هدف از این پایان‌نامه بررسی این مشکل و ارائه‌ی راهکارهایی برای حل این مشکل است.
انرژی آزاد شده‌ی سوخت در یک موتور احتراق داخلی طی یک سیکل کاری به سه طریق از آن خارج می‌شود. این سه طریق عبارتند از: توان مکانیکی تولید شده، انرژی گازهای داغ خروجی از موتور و انتقال حرارت از طریق دیواره‌ها. اگر خروج بخشی از

پایان نامه
Previous Entries مقاله با موضوع شبیه‌سازی، بهبود عملکرد Next Entries مقاله با موضوع شبیه‌سازی، بهبود عملکرد