منابع و ماخذ پایان نامه شبیه‌سازی، بهبود عملکرد

دانلود پایان نامه ارشد

شهید دکتر مسعود علیمحمدی
شهید دکتر مجید شهریاری
شهید مهندس مصطفی احمدی روشن
شهید دکتر داریوش رضایی‌نژاد

تشکر و قدردانی
حمد و ثنا تنها خداوندی را سزاست که تن خاکی را جان بخشید و برترین مخلوق خود عقل و اندیشه را در آن به ودیعت گذاشت.
سپاس و شکر از دو وجود مقدس، پدر و مادر که زندگی را به من هدیه کردند. پدر و مادر عزیزم؛ چشم‌های نگران‌تان که به دنبال من به در ماندند، شمع وجود پرخیر و برکت‌تان که به‌پای من کم‌فروغ گشتند و قلب ‌ها و لب ‌های‌ پرمهرتان که همواره برای موفقیت من تپیدند و دعا کردند را هیچگاه از خاطر نخواهم برد.
بدون شک این رساله بدون حمایت‌ها و کمک‌های دو تن به سرانجام نمی‌رسید
ابتدا از استاد ارجمندم جناب آقای دکتر علی کشاورز کمال قدردانی و تشکر را دارم که با دانش فروزنده خود مسیر تاریک پیش رویم را روشنی بخشید. او که در بزنگاه‌های خستگی و نومیدی با سعه‌ی صدر و گشاده‌رویی خویش، علاوه بر ارشادات راهگشای علمی، درس استقامت و خستگی‌ناپذیری را به این شاگرد کوچک خود تدریس می‌نمود.
از همسر عزیزم از صمیم قلب سپاسگزارم. همو که لبخند‌ و نگاهش هر روز بدرقه راهم بود و شکیبایی، بردباری، همدلی و فداکاری عاشقانه‌اش حین مشکلات موجب می‌شد تا انگیزه‌ی حرکت و تلاش هماره در وجودم بجوشد.
در پایان لازم می‌دانم از کمک‌های آقایان مهندس مهدی رجبعلی، دکتر آرش محمدی و دکتر ایمان چیت‌ساز در مرکز تحقیقات موتور ایرانخودرو و همچنین خانم مهندس مریم اسفندیاری و آقایان مهندس مهدی کاظمی، و مهندس حامد ستوده نیز تشکر نمایم.

چکیده
یکی از مهمترین مباحث مطرح در موتورهای احتراق داخلی، مبحث انتقال حرارت در آن‌هاست؛ چرا که تقریباً یک‌سوم از انرژی تولید شده در داخل محفظه‌ی احتراق از طریق خنک‌کاری موتور از آن خارج می‌شود. انتقال حرارت موتورهای احتراق داخلی از جنبه‌های گوناگونی از جمله محافظت از مواد به کار رفته در بخش‌های حساس موتور در مقابل ذوب شدن و یا تغییر شکل حائز اهمیت است. از جمله مناطق حساس موتور که بواسطه‌ی شار حرارتی بالا در معرض خطر هستند ناحیه‌ی بین سوپاپ‌های دود و اطراف شمع است. عدم خنک‌کاری مناسب در این نواحی می‌تواند با ایجاد تغییر شکل در نشیمنگاه سوپاپ دود منجر به نشتی گاز از محفظه احتراق و در نتیجه افت توان و گشتاور موتور گردد. هدف این رساله بررسی سیستم خنک‌کاری موجود موتور ملی EF7 و اصلاح خنک‌کاری نامناسب در اطراف سوپاپ دود در این موتور است که در مواردی به اعوجاج نشیمنگاه سوپاپ دود منجر شده است. در این راستا ابتدا یک تحلیل جریانی یک‌بعدی و سه بعدی و سپس یک تحلیل حرارتی سه‌بعدی از جریان خنک‌کننده در راهگاه موتور صورت گرفت. به منظور اطمینان از حل عددی جریان در راهگاه موتور از روش تجربی PIV1 استفاده گردید. در روش PIV بکار گرفته شده از یک سرسیلندر شفاف از جنس Plexy glass و دوربین پرسرعت برای مشاهده و اندازه‌گیری سرعت در راهگاه‌های آب سرسیلندر موتور بهره گرفته شد. در راستای حل مشکل خنک‌کاری مطرح شده دو راهکار در این رساله ارائه گردید. راهکار اول تغییر هندسه جریان با استفاده از تغییر الگوی ورود و خروج خنک‌کننده است و راهکار دوم استفاده‌ی مؤثر از پدیده جوشش در راهگاه خنک‌کاری موتور. در راهکار اول پیشنهادی سه استراتژی متفاوت برای الگوی ورود و خروج خنک‌کننده ارائه گردید. مقایسه سرعت‌ خنک‌کننده در نقاط حساس خنک‌کاری در هر سه استراتژی نشان داد که استراتژی اول بدون نیاز به صرف هزینه‌ی زیاد، با کمترین تغییرات لازم و امکان عملی شدن2 بالا می‌تواند اهداف مورد نظر خنک‌کاری را ارضا نماید. در مبحث استفاده از جوشش ابتدا یک دستگاه آزمایشی ساخته شد که قابلیت ایجاد شارهای حرارتی بالا که در موتور اتفاق می‌افتد را دارا بود. با استفاده از این دستگاه شرایط وقوع پدیده جوشش جریانی در موتور شبیه‌سازی شد. سپس بر اساس داده‌های تجربی استخراج شده از این دستگاه رابطه‌ی دقیقی برای مدلسازی انتقال حرارت جوشش استخراج گردید. در این مرحله شار حرارتی گذرنده از نواحی مختلف راهگاه آب با استفاده از شبیه‌سازی عددی و حل حرارتی سه‌بعدی جریان در داخل راهگاه خنک‌کاری به‌دست آمد. با در دست داشتن شارهای حرارتی و رابطه‌ی انتقال حرارت جوشش سرعت لازم برای استفاده از پتانسیل‌های جوشش در انتقال حرارت استخراج گردید. اگرچه آزمایشات و محاسبات انجام شده حاکی از پتانسیل بالای پدیده‌ی جوشش در افزایش ضریب انتقال حرارت و دفع حرارت از نقاط بحرانی موتور است اما پیاده کردن آن در این موتور زمانی کارآیی لازم را خواهد داشت که یک بازنگری کلی در مسیر خنک‌کاری صورت گیرد که مستلزم صرف هزینه‌ی قابل توجهی است.

فهرست مطالب
عنوان
صفحه

فهرست اشکال ش‌
فهرست جداول ع‌
فهرست علائم غ‌
فصل اول: دیباچه 1
1-1- اهمیت انتقال حرارت در موتورهای احتراق داخلی 2
1-2- روش‌های بهبود عملکرد سامانه‌ی خنک‌کاری 3
فصل دوم: پیشینه مطالعات 6
2-1- مقدمه 7
2-2- تغییر هندسه‌ی جریان 7
2-3- پیشینه‌ی مطالعات خنک‌کاری دقیق 9
2-4- جوشش 20
2-5- پیشینه‌ی مطالعات جوشش در موتورهای احتراق داخلی 25
فصل سوم: مطالعات تجربی 46
3-1- مقدمه 47
3-2- دستگاه آزمایشگاهی جوشش 47
3-2-1- مخزن 48
3-2-2- گرمکن مخزن 48
3-2-3- پمپ 49
3-2-4- شیر سه‌راهه 49
3-2-5- فشار سنج 49
3-2-6- کانال 50
3-2-7 روتامتر 50
3-2-8 کویل مسی 51
3-2-9- بخش مورد آزمایش 51
3-2-10- بلوک مسی 52
3-2-11- گرمکن استوانه‌ای 52
3-2-12- عایق PTFE 52
3-2-13- روغن انتقال حرارت 53
3-2-14- رئوستا 53
3-2-15- ترموکوپل 54
3-2-16- سیتم داده بردار 54
3-2-17- سمباده 54
3-2-18- زبری سنج 55
3-2-19- رله وکنترلر 56
3-3- نتایج دستگاه جوشش جریانی 57
3-3-1- نمودارهای تجربی انتقال حرارت جوشش 57
3-3-2- آنالیز خطا 61
3-4- مطالعه آزمایشگاهی حرکت سیال با استفاده از روش PIV 62
3-4-1- آشنایی با روش PIV 63
3-4-2- اجزای به‌کار رفته در آزمایش PIV برای سرسیلندر موتور احتراق داخلی 65
3-4-3- نقاط اندازه‌گیری شده‌ی سرعت در سرسیلندر 69
3-4-4- تحلیل و اندازه گیری سرعت با استفاده از روش PIV 70
فصل چهارم: شبیه‌سازی عددی 73
4-1- مقدمه 74
4-2- شبیه‌سازی عددی جوشش جریانی مادون سرد 74
4-2-1- روش چن 75
4-2-2- روش BDL 76
4-2-3- ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی اجباری خالص، hfc 82
4-2-4- ضریب انتقال حرارت جوشش هسته‌ای، hnb 83
4-3- شبیه‌سازی یک‌بعدی جریان خنک‌کننده در راهگاه خنک‌کاری موتور 92
4-4- شبیه‌سازی سه‌بعدی جریان خنک‌کننده در راهگاه خنک‌کاری موتور 96
4-4-1- شبیه‌سازی جریانی خنک‌کننده در راهگاه موتور 96
4-4-2- شبیه‌سازی حرارتی جریان خنک‌کننده در راهگاه خنک‌کاری موتور 105
فصل پنجم: راهکارهای بهبود خنک‌کاری 113
5-1- مقدمه 114
5-2- ارائه‌ی روش‌هایی در راستای رسیدن به خنک‌کاری یکنواخت در موتور 114
5-2-1- روش تغییر الگوی ورودی و خروجی خنک‌کننده 114
5-2-2- استفاده از رژیم جوشش جریانی به منظور افزایش ضریب انتقال حرارت 119
فصل ششم: جمع‌بندی و نتیجه گیری 129
6-1- جمع‌بندی و نتیجه‌گیری 130
6-2- نوآوری‌ها 132
6-3- پیشنهادها برای ادامه کار 133
6-4- محصولات علمی ارائه شده 134
منابع و مآخذ 136

فهرست اشکال
شکل 2- 1: خنک‌کاری دقیق به‌کار رفته در کار پرید و اندرتون [4] 9
شکل 2- 2: رابطه‌ی بین شار حرارتی و سرعت سطح برای حالت شروع جوشش هسته‌ای [10] 14
شکل 2- 3: طرح جدید مسیرهای خنک‌کاری در سرسیلندر خنک‌کاری دقیق [10] 16
شکل 2- 4: مقایسه‌ی مقادیر سرعت‌های طراحی و اندازه‌گیری شده در سرسیلندر خنک‌کاری دقیق [10] 16
شکل 2- 5: (الف) جریان کلی خنک‌کننده در سرسیلندر موتور استاندارد، (ب) جریان کلی خنک‌کننده در سرسیلندر خنک‌کاری دقیق [12] 17
شکل 2- 6: مدار خنک‌کاری فواره‌ای [13] 20
شکل 2- 7: تغییرات دمای دیواره و دمای متوسط سیال در پدیده‌ی جوشش جریانی [14] 22
شکل 2- 8: رژیم‌های متفاوت جوشش [15] 23
شکل 2- 9: نمودار شار حرارتی بر حسب دمای سطح برای سرعت‌های مختلف [14] 23
شکل 2- 10: تغییرات شار حرارتی و ضریب انتقال حرارت جابجایی بر حسب دمای دیواره در رژیم‌های متفاوت جوشش [17] 25
شکل 2- 11: رابطه‌ی دمای سطح و شار حرارتی در فشار bar2 و سرعت m/s5.5 برای یک سطح مسی به ازای افت فشار ثابت [11] 27
شکل 2- 12: رابطه‌ی دمای سطح و شار حرارتی در فشار bar2 و سرعت m/s3 برای یک سطح مسی به ازای افت فشار ثابت [11] 27
شکل 2- 13: رابطه‌ی دمای سطح و شار حرارتی در فشار bar2 و سرعت m/s4/1 برای یک سطح مسی به ازای افت فشار ثابت [11] 27
شکل 2- 14: رابطه‌ی دمای سطح و شار حرارتی در فشار bar2 و سرعت m/s7/0 برای یک سطح مسی به ازای افت فشار ثابت [11] 27
شکل 2- 15: مناطق حساس حرارتی سرسیلندر در مطالعه‌ی نوریس [6] 28
شکل 2- 16: دستگاه به‌کاررفته در کار کمپل برای شبیه‌سازی جوشش در موتورهای احتراق داخلی [16] 29
شکل 2- 17: تأثیر سرعت بر روی نمودار جوشش در فشار bar2، دمای ورودی C°90 برای یک سطح آلمینیومی [18] 32
شکل 2- 18: تأثیر فشار بر روی نمودار جوشش، دمای ورودی C°90 و سرعت ورودی m/s25/0 [18] 32
شکل 2- 19: تأثیر فشار بر روی نمودار جوشش، دمای ورودی C°60 و سرعت ورودی m/s25/0 [18] 32
شکل 2- 20:تأثیر دما‌های ورودی مختلف بر نمودار جوشش به ازای فشار bar2 و سرعت m/s1 [18] 32
شکل 2- 21: نقشه‌ی تعیین سرعت خنک‌کننده بر حسب شار حرارتی و دمای سطح [21] 33
شکل 2- 22: شماتیک دستگاه به‌کار رفته در کار اشتاینر و همکاران [22] 34
شکل 2- 23: بخش آزمون دستگاه آزمایشگاهی اشتاینر و همکاران [22] 34
شکل 2- 24: نمودار جوشش جریانی در فشار bar5/1 و سه سرعت مختلف؛ خط کامل (— ) روش BDL، خط چین (- – – -) روش چن، اندازه‌گیری (•)[22] 34
شکل 2- 25: نمودار جوشش جریانی در فشار bar2 و سه سرعت مختلف؛ خط کامل (— ) روش BDL، خط چین (- – – -) روش چن، (•) اندازه‌گیری [22] 34
شکل 2- 26: محل کاشت ترموکوپل‌ها بر روی سرسیلندر موتور [23] 35
شکل 2- 27: مقایسه‌ی منحنی شار حرارتی بر حسب دما برای اطلاعات موتور در دور rpm3000 و داده‌های تجربی بخش آزمون [23] 36
شکل 2- 28: مقایسه‌ی منحنی شار حرارتی بر حسب دما برای اطلاعات موتور در دور rpm5600 و داده‌های تجربی بخش آزمون [23] 36
شکل 2- 29: مقایسه‌ی نتایج تجربی و مدل چن در فشار های مختلف، سرعت ورودی m/s5/0 و دمای ورودی C°8/98 [26] 39
شکل 2- 30: مقایسه‌ی نتایج تجربی و مدل چن در سرعت‌های مختلف، فشار bar82/1 و دمای ورودی C°8/98 [26] 39

شکل 3- 1: شماتیک دستگاه ساخته شده برای آزمایش شاخصه‌های جوشش جریانی مادون سرد 48
شکل 3- 2: مخزن 49
شکل 3- 3: گرمکن مخزن 49
شکل 3- 4: پمپ 49
شکل 3- 5: شیر سه‌راهه 49
شکل 3- 6: فشار سنج 50
شکل 3- 7: کانال 50
شکل 3- 8: روتامتر 52
شکل 3- 9: کویل مسی 52
شکل 3- 10: بخش آزمایش 52
شکل 3- 11: بلوک مسی 53
شکل 3- 12: گرمکن مسی 53
شکل 3- 13: عایق PTFE 53
شکل 3- 14: روغن انتقال حرارت 54
شکل 3- 15: رئوستا 54
شکل 3- 16: ترموکوپل 55
شکل 3- 17: نمودار کالیبراسیون ترموکوپل 55
شکل 3- 18: سیستم داده بردار 55
شکل 3- 19: دستگاه زبری سنج 56
شکل 3- 20: رله 56
شکل 3- 21: تصویر محیط کنترلر در نرم افزار LABVIEW2010 56
شکل 3- 22: تصویر نمای برش خورده دستگاه آزمایش در نرم افزار CATIAV5 57
شکل 3- 23: نمودار جوشش آب (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar4/1 و سرعت m/s5/0 58
شکل 3- 24: نمودار جوشش آب (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar4/1 و سرعت m/s7/0 58
شکل 3- 25: نمودار جوشش آب (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar4/1 و سرعت m/s9/0 59
شکل 3- 26: نمودار جوشش مخلوط 50-50 آب و اتیلن گلیکول (شار حرارتی بر حسب دمای سطح) در فشار bar4/1 و سرعت m/s5/0 60
شکل 3- 27: نمودار جوشش مخلوط 50-50 آب و اتیلن گلیکول (شار حرارتی بر حسب دمای

پایان نامه
Previous Entries مقاله با موضوع شبیه‌سازی Next Entries منابع و ماخذ پایان نامه بهبود عملکرد، شبیه‌سازی، توان مکانیکی