بخشی از مقاله
خلاصه
انتقال حرارت و افت فشار جریان خارجی رادیاتور خودرو تحت تاثیر سرعت هوای عبوری از آن، بصورت آزمایشگاهی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته شده است. سیال مورد استفاده به عنوان خنک کننده در داخل رادیاتور، آب میباشد. از بررسی نتایج مشاهده گردید که افزایش سرعت هوای عبوری از رادیاتور خودرو سبب افزایش نرخ حرارت دفع شده از رادیاتور میشود. از طرفی، با افزایش دبی سیال آب درون رادیاتور، نرخ انتقال حرارت نسبت به افزایش سرعت هوا حساس تر میشود. همچنین مشاهده گردید که حداکثر سرعت مناسب هوا که به واسطهی دو فن خودرو ایجاد شده است، برای غلبه بر افت فشار جریان خارجی رادیاتور، حداکثر برابر با 6 متر بر ثانیه میباشد که این مقدار سرعت برای دفع حرارت حاصل از احتراق موتور توسط رادیاتور، در شرایط کارکرد حداکثر سرعت، مناسب است.
مقدمه
مبدلهای حرارتی از جمله تجهیزاتی هستند که به کمک آنها میتوانیم حرارت را از سیالی به سیال دیگر منتقل کنیم. بنابراین به جهت خنک کاری تجهیزات مکانیکی و یا گرم کردن محیط تهویه شونده با استفاده از سیال گرم، میتوان از این تجهیز استفاده کرد. امروزه از مبدلهای حرارتی در صنایعهای مختلفی همچون تاسیسات ساختمانی، نفت و گاز، خودرو و تهویه مطبوع مورد استفاده قرار میگیرد، که توجه و بررسی به پارامترهای تاثیر گذار بر انتقال حرارت و افت فشار جریان داخلی و خارجی آن، مورد توجه است. مبدلهای حرارتی با توجه به شرایط منطقهای نصب آنها، میتوانند آب خنک یا هوا خنک باشند. عموما در خودرو ها از مبدلهای هوا خنک برای خنک کاری تجهیزات و قطعات موتور استفاده میکنند. استفاده از نانوذرات در سیال خنک کننده [1] و یا تغییر در هندسه لولههای مبدل حرارتی [2] از جمله راههای افزایش انتقال حرارت مبدلهای حرارتی است.
نراکی و همکارانش [3] ضریب انتقال حرارت جریان آرام نانوسیال آب-اکسید مس را در یک رادیاتور خودرو بصورت تجربی بررسی کردهاند. سیستم آزمایشی آنها همانند سیستم کاری خودرو بوده است. نتایج تجربی آنها نشان میدهد که ضریب انتقال حرارت نانوسیال بیشتر از سیال آب بوده است. همچنین مشاهده کردند که افزایش غلظت نانوسیال از 0 تا 0/4 درصد سبب افزایش ضریب انتقال حرارت میشود و نانوسیال عملکرد انتقال حرارت بیشتری در مقایسه با سیال آب را دارد. همانطور که گفته شده بود، تغییر در هندسه لوله نیز سبب افزایش انتقال حرارت میگردد. گابری الا و انجل هامینیک1 [4] به تحلیل عددی انتقال حرارت جریان آرام، با نانوسیال اکسید مس مخلوط شده در اتیلن گلیکن، در رادیاتور خودرویی که در آن از لولههای تخت شده2 استفاده شده بود، پرداخته اند. نتایج برای یک شرایط یکسان از جریان، نشان میداد که ضریب انتقال حرارت لوله تخت شده در مقایسه با لولهی دایرهای و بیضی شکل، افزایش مییابد و با تخت کردن بیشتر لوله، مقدار آن بیشتر میشود. در ادامهی این تحقیقات، نجفی خبوشان و همکارانش [5] اثر تخت شدن لوله بر تولید آنتروپی انتقال حرارت جریان آرام نانوسیال آب-اکسید مس، تحت شرایط مرزی شار حرارتی ثابت را بررسی کرده اند. مقایسه آنها در عدد رینولدز ثابت نشان میدهد که تخت کردن لوله در عین ثابت نگه داشتن محیط جانبی آن، سبب کاهش تولید آنتروپی کل میشود. همچنین از نتایج بدست آمده مشاهده کردند که اثر کسرحجمی نانوذرات بر خصوصیات هیدرودینامیکی-حرارتی جریان به مراتب کمتر از تاثیر تخت شدن لوله بر این خصوصیات است.
این تحقیق به مطالعهی تجربی انتقال حرارت و افت فشار جریان خارجی رادیاتور خودرو، تحت تاثیر سرعتهای متفاوتی از فن میپردازد که از مقایسه نتایج، سرعت مناسبی برای کارکرد فن بدست میآید. در ابتدا، نتایج نرخ حرارت دفع شده از رادیاتور خودرو را تحت شرایط یکسان با کارکرد واقعی، در سرعتهای متفاوت استخراج میکنیم. سپس با توجه به محدودهی عملکرد فن و حرارت دفع شده از خودرو، سرعت مناسبی از هوای ورودی به رادیاتور که توسط چرخش فنها ایجاد میشود را انتخاب میکنیم.
.2 اجزای آزمایش تحقیق
رادیاتور خودرو، تجهیزی است که در جلوی خودرو و در پشت سپر جلوی ماشین نصب میشود. این تجهیز وظیفهی خنک کردن موتور خودرو، که حرارت آن ناشی از احتراق است، را به عهده دارد. در صورتی که انتقال حرارت در مجموعهی سیستم محرک خودرو به درستی انجام نشود، خسارات مالی بسیاری را به همراه خود ایجاد میکند. لذا توجه به خنک کاری موتور خودرو، همواره مورد توجه بسیاری از مهندسان مکانیک قرار دارد. جهت آشنایی بیشتر با آزمایش انجام شده در این تحقیق، شکل 1 نمایش سادهای از اجزای تشکیل دهنده سیستم خنک کننده موتور خودرو را نشان میدهد که مطابق آن، رادیاتور خودرو در جلوی موتور قرار گرفته است. رادیاتور استفاده شده در آزمایش اول، مشابه همان رادیاتوری است که در خودرو نصب میشود. شکل 2 تصویری از رادیاتور مورد نظر در محل نصف شده را نمایش میدهد. همچنین اطلاعات کاملی از مشخصات فنی رادیاتور استفاده شده در این آزمایش، در جدول 1 ارائه داده شده است. رادیاتور از جنس آلومینیم بوده که از این نظر مطابق تمامی رادیاتورهای مورد استفاده در صنعت خودرو سازی داخل کشور میباشد. سیال استفاده شده به عنوان خنک کننده، آب میباشد و در تمامی آزمایشها درجه حرارت هوای محیط برابر با 24 درجه سانتیگراد است. همچنین فنهایی که در آزمایش دوم مورد بررسی قرار گرفته شده نیز مشابه همان فنهایی است که در تمامی خودروهای تولید شده نصب میگردد. شکل 3 تصویر دو فن که بصورت موازی کنار هم نصب شده است را نشان میدهد. لازم به ذکر است که قطر خارجی فن برابر 35 سانتی متر میباشد.
