تحلیل انتقال گرما در چندراهة خروج دود موتور احتراق داخلی تراکمی

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 استاد، دانشکده فنی مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه بناب، بناب، ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده فنی مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

کارایی چندراهة خروج دود یک موتور احتراق داخلی تراکمی تحت تاثیر متغیرهای هندسی آن و متغیرهای جریان دود درون آن می­باشد. در این پژوهش، ابتدا هندسة چندراهة خروج دود با خم 90درجه در مجراهای آن مدل­سازی می­شود. سپس تاثیر قطر مخزن­ آرامش و مجراها بر مشخصه­های­ جریان و انتقال ­گرما در چندراهة خروج دود شبیه­سازی عددی می­گردد. شبیه­سازی­ها به روش المان محدود با نرم­افزار Comsol انجام می­شود. بدین منظور پس از تولید شبکة مناسب با تعداد المان­های کافی و با پراکندگی مناسب آنها در مدل، گسسته­سازی معادلات ناویر-استوکس و انتقال گرما با دقت مرتبة دوم انجام می­گردد. چون جریان دود درون چندراهة خروج دود آشفته می­باشد، از مدل آشفتگی k-ε استاندارد استفاده می­شود. پس از اعتبارسنجی شبیه­سازی­ها با مقایسة نتایج با اطلاعات آزمایشگاهی موجود در ادبیات فن، نمودارهای سرعت، فشار و عدد نوسلت ترسیم و تفسیر می­گردند. نتایج نشان می­دهند که با افزایش قطر مخزن آرامش و مجراها، سرعت جریان دود در خروجی چندراهة خروج دود کاهش و فشار پشت آن افزایش می­یابد. عدد نوسلت نیز در خروجی چندراهة خروج دود با افزایش قطر مخزن آرامش و مجراها کاهش می­یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Pulkrabek W. W., Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine. Pearson Prentice Hall, New Jersey, 2004.
[2] Yekani S. K., Abdi Aghdam E. and Sadegh Moghanlo F., Experimental Study of the Performance Exhaust Gas Emissions Response of a Spark Ignition Engine to Adding Natural Gas to Gasoline in CR=11. International Journal of Industrial Mathematics, Vol. 11, No. 4, pp. 307-317, 2019.
[3] Yekani S. K., Abdi Aghdam E. and Sadegh Moghanlo F., Performance Response of a Spark Ignition Engine to Adding Natural Gas to Gasoline on Lean-Burn Condition in 10 Compression Ratio. Modares Mechanical Engineering, Vol. 20, No. 6, pp. 1691-1699, 2020.
[4] Rosello M. D., Analytic-Numerical Approach to Flow Calculation in Intake and Exhaust Systems of Internal Combustion Engines. Mathematical and Computer Modeling, Vol. 36, pp. 33-45, 2002.
[5] Suman V., Simulation of Fluid Flow in Internal Combustion Engines Using Wave Action Simulation. M.Sc. Thesis, Graduate Faculty of Texas Tech. University, 2004.
[6] Kesgin U., Study on the Design of Inlet and Exhaust System of a Stationary Internal Combustion Engine. Energy Conversion and Management, Vol. 46, pp. 2258–2287, 2005.
[7] Liang S. M., An Effective Approach for Calculation of Exhaust Pipe Flows. Journal of Mechanics, Vol. 25, No. 2, pp. 177-188, 2009.
[8] Gopal P. and Kumar T. S., Analysis of Flow through the Exhaust Manifold of a Multi Cylinder Petrol Engine for Improved Volumetric Efficiency. International Journal of Dynamics of Fluids, Vol. 5, pp. 5–26, 2009.
[9] Pravin V., Umesh K., Rajagopal K. and Veena P., Simulative Analysis of Flow through Exhaust Manifold for Improved Volumetric Efficiency of Multi Cylinder Petrol Engine. World Journal of Engineering, Vol. 9, No. 3, pp. 221-226, 2012.
[10] Bovo M.,Principles of Heat Transfer in Internal Combustion Engines from a Modeling Standpoint. PhD thesis, 2014.
[11] Guardiola C., Olmeda P., Pla B. and Bares P., In-Cylinder Pressure Based Model for Exhaust Temperature Estimation in Internal Combustion Engines. Applied Thermal Engineering, Vol. 115, pp. 212-220, 2016.
[12] Nour M., Kosaka H., Bady M., Sato S. and Abdel-Rahman A. K., Combustion and Emission Characteristics of DI Diesel Engine Fuelled by Ethanol Injected into the Exhaust Manifold. Fuel Processing Technology, Vol. 164, pp. 33-50, 2017.
[13] Mahabadipour H., Krishnan S. R. and Srinivasan K. K., Investigation of Exhaust Flow and Exergy Fluctuations in a Diesel Engine. Applied Thermal Engineering, Vol. 147, pp. 856-865, 2018.
[14] Otoguro Y., Takizawa K., Tezduyar T. E. and Mei K. N. S., Turbocharger Turbine and Exhaust Manifold Flow Computation with the Space–Time Variational Multi-Scale Method and Isogeometric Analysis. Computers and Fluids, Vol. 179, pp. 764-776, 2019.
]15[ قمی س.، طالبی ف. و اسماعیلی اوغاز س.، به کارگیری شبکه دینامیکی و تغییر توپولوژی شبکه در تحلیل جریان سرد در موتورهای احتراق داخلی. نشریه مدل­سازی در مهندسی، د. 9، ش. 25، ص 57-65.، 1390.
[16] Kanawade N. and Siras O., Design, Analysis, and Development of 4-Cylinder IC Engine Exhaust Manifold. International Engineering Research Journal, Vol. 3, pp. 472-478, 2015.
[17] Li X. and Zhang X., Flow Field Analysis and Structure Optimization of Diesel Engine Exhaust Manifold. Diesel Engine, Vol. 5, pp. 120-130, 2006.
[18] Priyadarsini I., Flow Analysis of Intake Manifold Using Computational Fluid Dynamics. International Journal of Engineering and Advanced Research Technology, Vol. 2, No. 1, pp. 1-5, 2016.
[19] Umesh K. S., Pravin V. K. and Rajagopal K., Experimental Analysis of Dependence of Volumetric Efficiency of Multi-Cylinder SI Engine on Manifold Geometry and Verification of Results Obtained through Analysis at Particular Speed for Different Speed Condition. International Journal of Engineering and Science Research, Vol. 4, pp. 312-324, 2013.
[20] Heisler H., Advanced Engine Technology. Butterworth Heinemann Publications, 2002.