بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق به شبیهسازی و بررسی جریان داخلی در صدا خفهکن سیستم تخلیهی دود1 با پیکربندیهای مختلف پرداخته شده است. سیستم تخلیهی دود و اجزای آن، نقش مهمی در تنفس موتور دارا میباشند؛ همچنین صدا خفهکن یا مافلر2 در کنترل حجمی جریان خروجی از موتور، کاربرد دارد. با طراحی و انتخاب درست اجزای سیستم تخلیه-ی دود، با توجه به موتور و نوع کاربری خودرو، میتوان استفاده از پتانسیل قدرت موتور را بهبود بخشید. نمونههای صدا خفهکن مورد بررسی در این تحقیق با توجه به کارهای عددی و تجربی انجام شده و به کمک نرمافزارهایی چون کتیا3، انسیسفلوئنت4 و سیسنویز5 شبیهسازی و تحلیل مهندسی شدهاند.
همچنین جریان سیال برای این سیستم، بهصورت آشفته، گذرا و با مدل 6LESشبیهسازی شده است.بیشترین تحلیل و بررسی در این کار، مربوط به طرح و پیکربندی داخلی صدا خفهکن میباشد. زیرا صدا خفهکن، مهمترین عضو در سیستم تخلیهی دود برای کنترل جریان خروجی از سیلندرهای احتراق موتور، فشار برگشتی، سرعت و میزان شدت فشار آکوستیکی جریان میباشد؛ نتایج این تحقیق با تمرکز و تحلیل بر روی پیکربندی داخلی صدا خفهکن، حاصل شده است. با توجه به نتایج این تحقیق، میتوان تاثیر حالات مختلف پیکربندی داخلی صدا خفهکن برای کنترل، جذب و هدایت جریان را مشاهده کرد و این موضوع، شروعی برای طراحی صدا خفهکن در خودروهای مختلف خواهد بود.
.1 مقدمه
یک خودرو متشکل از اجزای مختلفی میباشد که هر کدام به نوبه خود در عملکرد مناسب خودرو تأثیرگذار می-باشند.خودرویی را در نظر بگیرید که برای آن سیستم تخلیهی دود یا همان سیستم اگزوز پیشبینی نشده باشد، چیزی که به نظر میرسد این است که نبود این سیستم شاید تاثیری در حرکت خودرو نداشته باشد اما آیا صدایی که از خودرو خارج میشود قابل تحمل میباشد.کاهش صدای خروجی یکی از دلایل استفاده از سیستم تخلیهی دود است، یکی دیگر از دلایل استفاده از این سیستم کاهش گازهای مضر خروجی از خودرو است که با استفاده از کاتالیزورها انجام میشود. سیستم تخلیهی دود و اجزای آن، نقش مهمی در تنفس موتور دارا میباشند؛ بهطوری که آنها قدرت موتور را اضافه نمیکنند، ولی کمک شایانی به ایجاد و بهرهگیری از بالاترین قدرت خروجی موتور انجام میدهند.
میتوان گفت با طراحی و انتخاب درست اجزای یک سیستم تخلیهی دود، با توجه به موتور و نوع کاربری خودرو، میتوان استفاده از پتانسیل قدرت یک موتور را 20 تا 50 اسب بخار - با توجه به حجم و قدرت موتور - بهبود بخشید. همچنین در مبحث سیستم تخلیهی دود، مطلب مهمی به عنوان فشار خروجیوجود دارد.
فشار خروجی در واقع همان گازهای پشت سوپاپ دود میباشند که مهمترین مانع برای خروج گازهاست.علت وجود فشار خروجی، تراکم گازهای خروجی در لولهها، منیفولد، کاتالیزور و مافلر میباشد .با طراحی و انتخاب مناسب سیستم تخلیهی دود و کاهشتراکم گازها، فشار خروجی کاهش مییابد و در نتیجه، خروج گازهای حاصل از احتراق در سوپاپهای خروجی و سر سیلندر سهولت مییابد؛ همچنین پاکسازی سیلندرهای موتور بهتر صورت گرفته و حجم بیشتری از مخلوط خالص سوخت و هوا در مرحله مکش و تراکم در درون فضای سیلندرها خواهیم داشت.
شکل -1 شماتیکی از مافلر
شکل -2 شماتیکی از سیستم تخلیهی دود
وظیفهی صدا خفهکن یا مافلر،کنترل امواج آکوستیکی و کاهش میزان شدت فشار آکوستیکی میباشد. کنترل آکوستیکی در مافلر باید به گونهای انجام گیرد که فشار برگشتی ایجاد شده در مافلر، از حد مجاز افزایش نیابد؛ یعنی پیکربندی داخلی مافلر به شکلی طراحی شود که کاهش شدت فشار آکوستیکی جریان با کمترین فشار برگشتی امکانپذیر باشد . معمولا بدنهی مافلر ترکیبی از لایههای جاذب و لایهی جداکننده میباشد و همین موضوع امکان جذب برخی پالس-های فشار آکوستیکی را به بدنه میدهد.
همچنین لولههای ورودی و خروجی درون محفظه اصلی مافلر سوراخ شدهاند تا امکان ایجاد هزاران پالس کوچک فشار درون محفظهی اصلی برای ایجاد تداخل در جریان، فراهم شود.درون مافلر، لولهها و صفحات متعددی وجود دارد، این لولهها به گونهای طراحی شدهاند که امواج رابازتاب دهند، به این ترتیب، امواج با یکدیگر تداخل و همدیگر را خنثی خواهند کرد. از مهمترین عوامل کنترل جریان در مافلر، تعداد محفظهها و نحوهBی اتصال آنها به یکدیگر میباشد.
تلفات ناشی از فشار برگشتی گازهای خروجی، سبب کاهش قدرت خروجی موتور میگردد.یکی از مهمترین خصوصیات مافلر، میزان فشار برگشتی تولیدی در آن میباشد، به دلیل عبور گازهای خروجی از سوراخها و مجراهای موجود در مافلر اگزوزها، فشار برگشتی زیادی تولیدمیشود؛ همین امر میتواند کمی از توان موتور را کاهش دهد. بنابراین طراحی و انتخاب مافلر مناسب از اهمیتی بالایی برخوردار است.
بنابراین مهمترین عضو سیستم تخلیهی دود برای کنترل شدت فشار آکوستیکی و فشار برگشتی - کنترل جریان - مافلر میباشد و برای داشتن یک سیستم تخلیهی مناسب، بهتر است به طراحی پیکربندی داخلی مافلر برای کنترل جریان خروجی از سیلندرهای احتراق، میزان فشار برگشتی و کنترل انتشار و شدت فشار امواج آکوستیکی بپردازیم. نمونه مافلرهای مورد بررسی در این تحقیق با توجه به کارهای عددی و تجربی انجام شده و به کمک نرمافزارهایی چون کتیا، انسیس فلوئنت و سیسنویز شبیهسازی و تحلیل مهندسی شدهاند. همچنین جریان سیال برای این سیستم، بهصورت آشفته، گذرا و با مدل LES شبیهسازی شده است.
در چهار دههی اخیر، مطالعات وسیعی در زمینهی طراحی سیستم تخلیهی دود و صدا خفهکنها - مافلر - صورت گرفته که به توسعهی دانش و تکامل روشهای دقیق طراحی منجر شده است. پائول دیویس1در سال 1957 اطلاعات نسبتا دقیقی در زمینهی طراحی صدا خفهکنهای واکنشی بر اساس معیار افت انتقال، گردآوری کرده است .[1] همچنین سالیوان2 در سال 1979 پژوهشهای متعددی در زمینهی انتشار صوت در لولههای سوراخدار به روش اجزائ محدود انجام داد.
متعاقبا در دههی نود نیز تحقیقات ارزشمندی نظیر بررسی صدا خفهکنهای غیر فعال توسط گالیتسیس3 و همکاران[3] و همچنین مونجال4 انجام شد.[4] بعدها تحقیق و مطالعه در این زمینه شکل جدیتری به خود گرفت و کارها و پیشبینیهای عددی با تحقیقات و تجربیات میدانی و آزمایشگاهی همراه شد. کمی بعد از سال 2000 ، با روی کار آمدن دینامیک سیالات محاسباتی و نرمافزارهای مربوط به آن، تحقیقات بر روی سیستم تخلیهی دود، شکل و هدف تازهای به خود گرفت؛ بهطوریکه امکان شبیهسازی و نزدیکی نتایج آن به نمونههای تجربی، این امکان را به محققان داد تا در تعدد نمونههای مورد بررسی و همچنین در نزدیکی به اهدافشان، توانایی خوبی کسب کنند. از جمله افرادی که به کمک شبیه-سازی با نرمافزار به بررسی سیستم تخلیه ی دود پرداختهاند
