بخشی از مقاله
چکیده
موتورهای احتراق داخلی امروزه کاربردهای فراوانی دارند. در این سیستم، تولید توان با بازده بالا بستگی به عملکرد صحیح در تمام قسمت های آن دارد. انتقال حرات از موتور بایستی به صورت کنترل شده در دمای معینی به محیط انجام شود. به صورتی که دما نقاط مختلف موتور از مقدار مشخصی کمتر یا زیاد تر نشود. با توجه به حساس بودن دمای نقاط مختلف موتورهای احتراق داخلی، اهمیت انتقال حرارت در این موتورها بسیار زیاد می باشد. به صورتی که اگر این انتقال حرارت در رادیاتور کم یا زیاد شود، دمای قسمتهای مختلف موتور به شدت افزایش یا کاهش می یابد.
دینامیک سیالات محاسباتی از جمله روشهای جایگزین و مورد استفاده به جای آزمایشهای عملی است. اما در این روش وجود یک مدل مناسب برای یک تحلیل خوب ضروری است. زیرا به عنوان یک ابزار طراحی، مقدار قابل توجهی از زمان محاسبات به دلیل ساختارهای هندسی پیچیده مورد نیاز است، صرف می شوند. این مسئله زمانی اهمیت پیدا می کند که شما نیز دارید یک مدل کامل و سنگین از یک نمونه را تحلیل کنید.یک راه حل برای این مسئله این است که از یک مدل کاهش یافته برای شبیه سازی استفاده شود.
کلیدواژهها: موتورهای احتراق داخلی، رادیاتور، تحلیل حرارتی، دینامیک سیالات محاسباتی.
مقدمه
در موتورهای احتراق داخلی هوای محیط به عنوان چشمه سرد گرمای موتور را دریافت می کند. در خودروها برای خنک کردن آب برگشتی از موتور به از یک مبدل حرارتی به نام رادیاتور استفاده می شود که حرارت سیال خنک کاری موتور را به هوای محیط انتقال میدهد برای افزایش انتقال حرارت از روشهای افزایش سطح تبادل حرارت یا افزایش سرعت جریان هوا یا هر دو روش استفاده می کند.
در سال های اخیر در مورد افزایش بازده رادیاتورها کارهای بسیاری انجام شده است که میتوان به این موارد اشاره می کنیم. در سال2016 آقایان نیودیثا2 و ردی3با به بکار گیری یک اصل خیلی ساده شبکه بندی کل سیستم و اعمال معادلات حاکم روی این المان-های گسسته ، برای پیدا کردن راه حلهای عددی در مورد گرادیان درجه حرارت، توزیع فشار و مانند آن، در یک زمان کوتاه با هزینه کمتر اقدام به آنالیز حرارتی رادیاتور با نانو سیال های مختلف کرده اند.
درتحقیقی دیگر توسط آقای پاتیل و همکارانش4 با روش شبیه سازی عددی به مطالعه روی اندازه گذاری و درجه بندی رادیاتور خودرو پرداخته اند. در تحقیقی دیگر توسط آقای اولیت و همکارانش5 با مطالعه پارامتری روی رادیاتور خودرو به بررسی تغیرات هندسی روی رادیاتور خودرو انجام شده است. در تحقیقی با عنوان شبیه سازی ویژگی های حرارتی رادیاتور با استفاده از یک مدل متخلخل، آقای گالر و همکارانش6 با استفاده از مدل کاهش یافته متخلخل، به تجزیه و تحلیل سه بعدی از رادیاتور با فین های مستقیم پرداخته اند.
همچنین آقای مهتر7 و آقای کوره8 در تحقیقاتی آزمایشگاهی به تحلیل انتقال حرارت از رادیاتور خودرو با استفاده از نانو سیال آلومینا9 پرداخته اند. همچنین آقای شیخ زاده در تحقیقی به بررسی عملکرد حرارتی یک رادیاتور ماشین با استفاده از نانو سیال اتیلن گلیکول-مس در شرایط محیطی متفاوت پرداخته است. در این پژوهش به مطالعه روی رادیاتور خودرو و تغییر پارامترهای ورودی، از جمله پارامترای سرعت ورودی سیال، سرعت ورودی هوا و دمای ورودی هوا به بررسی تاثیر این پارامترها روی بازده حرارتی رادیاتور پرداخته شده است.
تئوری مساله
اکنون مساله بررسی حرارتی رادیاتور خودرو تحت دبیهای مختلف می باشد.استراتژی عددی استفاده شده برای تحلیل این مبدل حرارتی، اساسا مبتنی بر اختلاف پارامترها در اطراف لولهها به عنوان شبکه است در هر حجم کنترل، شرایط ورودی را در هر دو جریان، جریان از مرزها یا از حجم کنترل مجاور دریافت میکند. یک ویژگی مهم این است که تجزیه و تحلیل هدایت گرمای چند بعدی در طول لولهها و پرهها، مبین یک اتصال کامل در سراسر هسته مبدل حرارتی است.
بازده پره ها
معادله هدایت پره و انتقال حرارت همرفت با جریان هوای اطراف، معادلات با استفاده از روش های انتقال حرارت گرمایی ، با درنظر گرفتن تغییرات درجه حرارت ناچیز از طریق ضخامت ورق معرفی شده است و هم دما و هم ضریب انتقال حرارت بر روی سطح ورق از هر حجم کنترل پره ها به صورت طولی با سطح مقطع مستطیلی در نظر گرفته شده اند، در این بخش فن در نظر گرفته نشده است زیرا در سرعت بالای خودرو عملا این بود و نبود فن فرقی ندارد.
لوله ها
با استفاده از معادله بقای انرژی بر روی لوله برای هر یک از حجم کنترل های ماکرو، با توجه به تعاملات حرارتی با مجموعه های اطراف پره ها ، جریان هوا و سیال خنک کننده ، و حجم کنترل لوله های مجاور بدست آمده است.
سیال خنک کننده
تعادل جرم، شتاب و انرژی برای ورودی و یا در منیفولد جریان خنک کننده در فرم تراکم ناپذیر در معادلات نشان داده شده است - سیال تراکم ناپذیر در نظر گرفته شده است - . جریان در هر بخش، یک بعدی در نظر گرفته می شود - میانگین مقادیر سرعت سطح مقطع - . انتقال حرارت شعاعی ناچیز در نظر گرفته می شود. ترم های مربوط به انرژی جنبشی و پتانسیل ناچیز در نظر گرفته می شوند . بدلیل اینکه شبیه سازی مجموعه کامل رادیاتور در این نرم افزار زمان زیادی صرف می کند، در اینجا شبیه سازی و تحلیل و توضیح یک قسمت برش خورده از لوله رادیاتور به صورت کامل انجام شده است این قسمت با رنگ قرمز مشخص شده است، که برای کل رادیاتور می توان پس از تحلیل هر بخش به صورت جداگانه، جواب های هر قسمت را برای ورودی قسمت بعد در نظر گرفت.
رادیاتور مدل شده در نرم افزار solidworks قابل مشاهده است، همچنین مدل شبکه بندی شده قسمت مورد تحلیل رادیاتور آمده است. مقادیر اولیه برای این قسمت از رادیاتور آمده است. شایان ذکر است که سرعت وروی هوا همان سرعت خودرو و سرعت آب ورودی با توجه به دبی عبوری از سطح مقطع لوله بدست آمده است.
