بخشی از مقاله
خلاصه
خنککاری موتورهای دوار یکی از چالشهای مهم در طراحی و ساخت این موتورها میباشد. به دلیل وجود برتری موتورهای دوار نسبت به موتورهای پیستونی رفت و برگشتی از لحاظ نسبت توان به وزن و راندمان، تحقیقات بر روی این موتورها همچنان ادامه دارد. نمونهای جدید از موتورهای دوار با 24 بار عمل احتراق در یک دور چرخش روتور معرفی شده است که خنککاری این موتور به عنوانی یکی از چالشهای اصلی در ساخت این موتور میباشد و تاکنون هیچگونه اطلاعاتی در زمینه خنککاری این موتور منتشر نشده است.
در این مقاله برای موتور مورد بررسی به کمک نتایج مدل-سازی ترمودینامیکی، دما و ضریب انتقال حرارت گازهای احتراقی برای یک محفظه از این موتور، به عنوان شرایط مرزی برای تحلیل حرارتی قطعات اصلی موتور استفاده شده است. به کمک تحلیل حرارتی انجامشده راهکارهای مناسب برای خنککاری قطعات اصلی موتور مورد بررسی پیشنهاد شده است.
.1 مقدمه
موتورهای احتراق داخلی را میتوان از لحاظ نوع طراحی به موتورهای پیستونی رفت و برگشتی و موتورهای دوار تقسیمبندی کرد. موتورهای دوار در مقایسه با موتورهای پیستونی رفت و برگشتی دارای نسبت توان به وزن و توان به حجم بالایی هستند.[1,2] راندمان بالای کارکرد موتورهای دوار در قیاس با موتورهای پیستونی متداول، تمایل بشر را برای انجام مطالعات بیشتر بر روی انواع مختلف این موتورها سوق داده است. موتورهای دوار در مقایسه با موتورهای پیستونی دارای مزایای قابلتوجهی است اما چالشهایی در ساخت نمونهی واقعی از این موتورها وجود دارد و به این ترتیب تحقیقات بر روی این موتورها همچنان ادامه دارد.
موتورهای دوار وسیلهی بسیار مناسبی جهت کاربردهای مختلف ازجمله کاربردهای هوایی میباشد. با وجود مزایای قابل توجه موتورهای دوار در مقایسه با موتورهای پیستونی رفت و برگشتی وجود چالشهای مهم از جمله خنککاری این موتورها ساخت این موتورها را با مشکل روبهرو کرده است. یکی از موفقترین نمونههای ساختهشدهی موتورهای دوار، موتور وانکل میباشد؛ که ایدهی این موتور انقلابی در صنعت موتورهای احتراق داخلی ایجاد کرد
به دلیل چالشهایی مانند خنککاری و روانکاری این موتورها نتوانستند پیشرفت قابل توجهی داشته باشند.
یکی از گونههای موتورهای دوار معرفیشده، موتور دوار با طراحی جدید میباشد؛ این موتور در مقایسه با موتورهای دوار قبلی همچون وانکل و موتورهای پیستونی معمولی دارای نسبت توان به وزن بالا با مصرف ویژهی سوخت پایین است و میتواند در کاربردهای زمینی و به ویژه هوایی بسیار موثر عمل کند. همانطور که گفته شد یکی از چالشهای مهم در موتورهای دوار خنککاری آنهاست؛ از آنجایی که تاکنون نتایج آزمایشگاهی برای موتور مورد بررسی منتشر نشده است در این مقاله به کمک نتایج مدلسازی به تحلیل حرارتی این موتور پرداخته شده است.
در مقالات [4,5,6] به معرفی کلی این موتور دوار و مشخصات آن پرداخته شده است. در مقاله [7] با ایجاد تغییرات در کد صفر بعدی برای موتورهای پیستونی، شرایط گازهای احتراقی داخل سیلندر برای موتور دوار جدید با 8 عدد تیغه بدست آمده است. از سال 2006 به دلیل خرید حق مالکیت این موتور توسط شرکت "رد مکس[8] "* مقالات زیادی در مورد موتور مورد بررسی منتشر نشده است.
از آنجایی که تاکنون نرمافزار تجاری برای موتورهای احتراق داخلی دوار ارائه نشده است و نرمافزارهای موجود از جمله نرمافزار Gt-Suite یک نرمافزار قوی در تحلیل موتور احتراق داخلی، برای موتورهای پیستونی رفت و برگشتی می-باشد؛ برای مدلسازی این موتورها باید کد نویسی شود یا میتوان با معادلسازی آنها با یک موتور پیستونی رفت و برگشتی از نرمافزارهای موجود متداول استفاده کرد.
در مقالهی [9] به کمک معادلسازی موتور وانکل با یک موتور پیستونی رفت و برگشتی مشخصات گازهای احتراقی داخل سیلندر بدست آمده است. در این مقاله به کمک مدلسازی ترمودینامیکی و محاسبهی دما و ضریب انتقال حرارت گازهای احتراقی یک سیلندر از این موتور برای حالت حداکثر توان، توزیع دما به کمک تحلیل عددی سه بعدی در قطعات اصلی موتور بدست آمده است .
1.1 معرفی موتور مورد بررسی
نوع جدید از موتورهای دوار با طراحی ساده و راندمان بالا اخیرا مورد توجه قرار گرفته است. این موتور دوار به دلیل داشتن 24 مرحله احتراق - دو سری محفظهی احتراق 12 عدد بالا و 12 عدد پایین - در یک دور چرخش روتور باعث شده است موتور عملکرد یکنواخت و راندمان و توان بالا داشته باشد. همچنین این موتور به دلیل داشتن نسبت تراکم بالا قابلیت استفاده از سوختهای مختلف را دارد و میتواند بر اساس دو چرخهی اتو و دیزل کار کند. از دیگر ویژگیهای این موتور میتوان به مصرف کمتر سوخت این موتور نسبت به موتورهای پیستونی اشاره کرد. مطابق شکل - 1 - اجزای اصلی این موتور عبارتد از: بادامک - دو عدد - ، تیغهها - دوازده عدد - ، روتور، محور و محفظهی موتور.
شکل -1 شکل شماتیک موتور دوار جدید با جزئیات[10]
مطابق شکل 1 در بخش بالایی و پایینی موتور نیز دو قطعه استوانهای شکل با رویهی سینوسی به نام بادامک، قرار دارد که هردوی آنها با فاصلهای معین نسبت به روتور قرار گرفتهاند و این دو در فاصله بین خود دوازده تیغهای که از شیارهای موجود بر روی روتور* رد شدهاند را میبینند و حرکت در راستای عمودی تیغهها را کنترل میکنند. روتور موتور به عنوان محرک درواقع به صورت یک دیسکی است که بالا و پایین آن به 12 قسمت تقسیم شده است. تیغههای موتور باعث آببندی محفظههای احتراق از همدیگر میشوند.
تعداد تیغههای موتور مورد نظر میتواند از 2 تا 12 عدد تغییر کند؛ تعداد این تیغهها به حجم کلی موتور بستگی دارند. در طرح جدید این موتور از 12 تیغه استفاده شده است که این باعث ایجاد 24 محفظهی احتراق در موتور شده است. حجم محفظهی احتراق از قرارگیری بین روتور، دیوارههای استاتور و دو تیغهی متوالی ایجاد شده است. بهواسطهی فرم سینوسی رویهی بادامکها، با انجام عمل احتراق حجم و فشار محصولات احتراقی تغییر کرده و تنها بخش قابل تحرک در محفظه که همان دوتیغه ی متوالی مربوط به آن محفظه هستند را به حرکت درآورده و روتور هم که تیغهها را در خود محبوس کرده و درجهی آزادی شعاعی آنها را گرفته، با حرکت تیغهها در راستای شعاعی، به حرکت درمی آید.
در اثر یک دوران روتور 24 مرحله - مکش، تراکم، کار و تخلیه - برای موتور اتفاق می-افتد. در این موتور به جای منیفولد ورودی و خروجی، دریچه های همیشه باز برای خروج و ورود بر روی بادامک تعبیهشده است. همچنین نازلهای پاشش سوخت بر روی بادامک موتور قرار دارند. برای درک بهتر اجزای موتور و نحوهی مونتاژ قطعات در شکل - 2 - نمای انفجاری از موتور که به کمک نرمافزار کتیا مدلسازی شده است مشاهده میشود.
