بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسي اثر نانو سيال ها بر سيستم خنک کاري موتور با استفاده از
نرم افزارGT-SUITE
چکيده
در اين مقاله با استفاده از شبيه سازي با نرم افزار Suite-GT [] وتطبيق آن با آزمايشات تجربي ، مقدار انتقال حرارت در دورهاي مختلف موتور با سرعت هاي متفاوت خودرو ،در دو حالت ( آب و اتيلن گليکول ) و (آب و ذرات معلق نانو ALO در آب ) اندازه گيري شده است . طبق نتايج حاصل ، مقدار انتقال حرارت از موتور در حالت استفاده از نانو سيال، بيشتر از حالت اول بوده و دماي نانوسيال خروجي از موتور درسرعت هاي هدف يعني : زير Km.h٢٠ ، و همينطور سرعت هاي بالاي Km.h، کاهش تقريبا oC ٩ را نشان مي دهد. . با استفاده از اين نانوفن آوري( nanotechnology) مي توان اندازه رادياتور و حجم سيستم خنک کاري را کوچکتر انتخاب کرد.با کاهش نيروي درگ و مقدار آب در گردش سيستم خنک کاري توان تلف شده موتور کاهش مي يابد. که در نهايت به کاهش مصرف سوخت و کاهش آلودگي هوا و محيط زيست منجر مي شود .
واژههاي کليدي: مدل سازي سيستم خنک کاري ، رادياتور، انتقال حرارت ، GT-Suite، نانو سيالALO٢٣
١- مقدمه
طراحي و ساخت يک سيستم خنک کاري با حداکثر راندمان و کمترين ميزان مصرف توان موتور،همواره بعنوان يک هدف ،براي سازندگان خودرومطرح بوده است ،تا به اين صورت از افزايش دماي موتور جلـوگيري شود و موتور بتواند در يک دما وشرايط ايده آل راندمان و کارائي بهتري داشـته باشـد. از آنجائيکـه راديـاتور خودرو ها در سرعت هاي زير km.h (شرايط ترافيک )و بالاي km.h ( افزايش دور موتور ) با مشـکل خنک کاري مواجه هستند و از طرف ديگر با توجه به پتانسيل نانو سيال ها در انتقال حـرارت ، اسـتفاده از نانو سيال ها به عنوان سيال خنک کننده مي تواند تا حد زيادي مشکل را حل کند. از جمله کارهاي علمـي ارائه شده در اين زمينه مي توان به ALEXEY VDOVIN [٢] از دانشگاه سـوئد وV.vasu[] اشـاره کـرد .
جهت مدلسازي موتور و سيستم خنک کاري در مرحله اول يکسري آزمايش و تست روي خودروي پرايدCC
١٣٢٣ سي سي انجام گرفت اين آزمايشات جاده اي در حالت هاي مختلف بار وسـرعت روي خـودرو انجـام مي گرفت .سيال خنک کننده موتور شـامل % ۴٩ حجـم آب و % ۴٩ حجـم اتـيلن گليکـول و %٢ حجـم
ALO بود. در تست جاده اي دماي سيستم خنک کاري در دو شرايط با نـانو و بـدون نـانو ، در دو نقطـه مورد سنجش قرارمي گرفت ١ - بعـد از ترموسـتات ( Engine Out ) ٢-خروجـي راديـاتور(Radiator out)
.شرايط آزمايش به اين صورت بود که خودرو بعد از روشن شدن به شرايط مورد نظر يعني ١- سرعت خودرو و ٢- دور موتور رسانده مي شد و در شرايطي که دور موتـور و سـرعت خـودرو ثابـت بـود ،در يـک لحظـه مشخص دماي ترمومترها خوانده مي شد. دماها معمولا تا محدوده مشخصي افـزايش يافتـه و سـپس درايـن محدوده ها ثابت مي ماند(converge Temperature ).بازه زماني براي ثبت دماها ١٠- ٠ دقيقه بود .اطلاعات ثبت شده براي شرايط مختلف بار ، دور و سرعت در جدول شماره ١ آمده است .مدلسـازي موتـور و سيسـتم خنک کاري با استفاده از نرم افزار فوق و انطباق نتايج عددي با آزمايشات تجربي نشان دادکه بـا بکـارگيري نانوسيال ها به عنـوان مـايع خنـک کننـده ،در سـرعت هـاي بـالاي mk.h ١٠٠ دمـاي سـيال خروجـي از رادياتورحدود ١١درجه ودر سرعت هاي زير mk.h حدود ٨ درجه خنک تر از حالت بدون نانو،است .
٢- توصيف تئوري مدل
١-٢ مقدمه
اولين همايش ملي نانومواد و نانوتکنولوژي
براي آناليز عملکرد جريان گرمايي سيستم خنک کاري و تاثير شرايط و پارامتر هاي مختلف بر عملکرد آن ، بايد کل ساختمان موتور و اجزاء سيستم خنک کاري با جزئيات کامل از لحاظ نرم افزاري شبيه سازي شود درانتقال حرارت از مجموعه محفظه احتراق و سيلندر و پيستون به ديواره ها و سيال خنک کننده
(tcoolan) و روغن (oil) و هوا (air) بايد کليه روشهاي مختلف انتقال حرارت در نظر گرفته شود برخي ازروشهاي عددي بکار رفته دراين زمينه در ليست [٤] آورده شده است . هر سه روش انتقال حرارت در اين شبيه سازي با استفاده از روابط زير مدلسازي شده اند [٥]:
ثابت استفان بولتزمن مي باشد. در اينجا دو مورد جابجائي و هدايت بيشترين نقش را در انتقال حرارت دارند.مقدار انتقال حرارت بين سيال خنک کاري و ديواره رادياتور از رابطه زير بدست مي آيد
که در رابطه بالاQ مقدار انتقال حرارت ،A سطح مبادله کننده حرارت وT∆ اختلاف دماي بين سيال و ديواره است براي محاسبه ضريب انتقال حرارت ازروابط (٥)تا(١٣) استفاده مي کنيم : [٨]-[٦]
رابطه فوق براي محاسبه عدد ناسلت در نانو سيال ALO٢٣ بدست آمده است [٧]
: نرخ جريان جرم و سطح مقطع عبوري سيال است
رابطه (١٠)براي محاسبه نسبت ضريب هدايت نانوسيال به هدايت حرارتي سيال بدون نانوبدست آمده است ٦]
در روابط بالا : سرعت سيال ، قطر لوله ، لزجت سينماتيکي سيال نانو، لزجت ديناميکي سيال نانو، ضريب هدايت حرارتي نانو سيال ، دانسيته سيال نانو، گرماي ويژه سيال نانو، چگالي ذره نانو، گرماي ويژه سيال آب واتيلن گليکول، درصدحجمي ذرات نانو، ضريب هدايت حرارتي ذره نانو ،است
٢ -٢ مدل کردن خودرو
حرارت منتقل شده از سيستم خنک کاري به نوعي با شکل وسرعت خودرو در ارتباط است [١] .سرعت هوائي عبوري از رادياتور بر نرخ انتقال حرارت موثر است [١]. ارتباط سرعت خودرو با دور موتور از رابطه زير ب(د١٤)ت مي آيد
،شعاع موثر تاير برحسب متر ،Nدور موتوربر حسب RPM ،i نسبت انتقال کلي چرخ دنده ها درگير بکس و ديفرانسيل مي باشد
٣- ٢ مدل کردن موتور
مشخصات کامل هندسي موتور مثل سيستم مکش و تخليه که شامل مواردي مثل قطروطول پورتها و رانرهاي ورودي و خروجي ، حجم منيفولد ورودي و خروجي ، حجم مخزن آرامش ،قطر و مشخصات دريچه گاز ،قطر و طول لوله هاي رابط ،مشخصات وزمانبندي نشست و برخاست سوپاپهاي ورودي و خروجي با ضرايب تخليه مورد نظر وهمينطور ضرايب اصطکاک سطوح در قسمت هاي مختلف جدار لوله هاي انتقال سيال خنک کاري و هوا و روغن در نظر گرفته شود .با توجه به اينکه گشتاور توليدي موتور وهمينطور راندمان آن بستگي شديدي به دما و فشار محيط دارد[١] بنابراين دماي هواي ورودي و فشار هاي ورودي به داخل سيلندر بايد کاملا مشخص شود . مدل کردن موتور در suite–tG بر اساس يکسري معادلات ديفرانسيل معين و تعريف شده ، پايستاري انرژي و جرم در حجم کنترل (داخل سيلندر ) مي باشد ( ١٩٨٨ , Heywood ) اين معادلات براي تعيين دما و فشار در هر سيکل حل مي شوند و اين سيکل تا رسيدن به يک دما و حالت پايدار (stable condition) ادامه مي يابد .براي حجم کنترل داخل سيلندر معادله انرژي بصورت زير است (١٩٨٣, al et rgblumbe, ١٩٨٨, dooweyH
و ساير موارد مثل جريان جرم ،حجم سيلندر ، کسر حجمي سوخته شده و ضريب انتقال حرارت با توجه به روابط پيشنهادي در مراجع زير محاسبه مي شوند .(,Blumberg and Kummer)و يکي از پارامترهاي مهم در راندمان و عملکرد موتور خودرو اصطکاک داخلي موتور مي باشد که چندين مدل براي موتور SI ارائه شده است :وينتربون[١١]مدل تجربي هيوود[٢ ]مدل power-Gt [١٣] مدل چن فلاين با مدل Gt- power بيشترين همخواني را در اکثردورها دارد.[١٤]
