اندازه‌گیری شده در دیواره‌ سرسیلندر بهره گرفته شد که در نمودارهای جوشش نیز از همین دماها استفاده شد.
شکل 2- 27 و شکل 2- 28 اطلاعات موتور و بخش آزمون را به ازای دورهای rpm3000 و rpm5600 نشان می‌دهد. با مقایسه‌ی این منحنی‌ها می‌توان استنباط کرد که جوشش در موتور اتفاق نیفتاده است. با توجه به اشکال مذکو، همان‌گونه که نویسنده ادعا کرده است، می‌توان گفت که در این موتور جوشش رخ نمی‌دهد.

شکل 2- 26: محل کاشت ترموکوپل‌ها بر روی سرسیلندر موتور [23]

شکل 2- 27: مقایسه‌ی منحنی شار حرارتی بر حسب دما برای اطلاعات موتور در دور rpm3000 و داده‌های تجربی بخش آزمون [23]

شکل 2- 28: مقایسه‌ی منحنی شار حرارتی بر حسب دما برای اطلاعات موتور در دور rpm5600 و داده‌های تجربی بخش آزمون [23]
یکی دیگر از کارهایی که در زمینه‌ی شبیه‌سازی جوشش صورت گرفته است مقاله‌ای است که کاردون [24] ارائه کرده است. در این کار عملکرد حرارتی یک موتور احتراق جرقه‌ای 4 سیلندر 16 سوپاپ با حجم 4/1 لیتر که مجهز به توربوشارژ نیز بوده است شبیه‌سازی گردید. دمای ورودی و خروجی خنک‌کننده به‌ترتیب C°80 و C°100 و فشار متوسط آن bar5/2 می‌باشد. سیال کاری موتور مانند یک سیال تنها با خواص مخلوط در نظر گرفته شد. در این کار از رابطه‌ی چن برای شبیه‌سازی استفاده کرده است. برای ضریب سرکوب کننده از رابطه‌ی باترورث استفاده کرده است. در این مقاله عنوان شده است که به دلیل این‌که هندسه‌ی موتور بسیار پیچیده است، یافتن قطر هیدرولیکی در همه‌ی مناطق کار بسیار دشواری خواهد بود و بنابراین از یک قطر هیدرولیکی مجازی برای راهگاه‌ها استفاده کرده است. برای این منظور یک برنامه‌ی کامپیوتری در ویژوال بیسیک نوشته شد که در تعامل با حل CFD قرار می‌گرفت و بدین‌وسیله توزیع دمای بدنه‌ی جامد را استخراج نمود. یکی از نکات مثبت این کار صحه‌گذاری خوب آن با نتایج آزمایشگاهی است. برای صحه‌گذاری ترموکوپل‌هایی در نقاط حساس سرسیلندر موتور که همان بین سوپاپ‌های دود باشد کار گذاشته شد. سپس دمای بدنه‌ی موتور تحت شرایط دور rpm5500 و بیشینه بار در این نقاط اندازه گیری شد. این مقادیر در جدول 2- 2 نشان داده شده است.
جدول 2- 2: دماهای اندازه‌گیری شده در موقعیت بین سوپاپ‌های دود سیلندرهای مختلف [24]

سیلندر 1
سیلندر 2
سیلندر 3
سیلندر 4
دما
℃255
℃249
℃244
℃218
در جدول 2- 3 مقادیر دمای نقاط اندازه‌گیری شده‌ی سرسیلندر با در نظر گرفتن جابه‌جایی تنها، مدل جوشش چن، مدل اصلاح شده‌ی این مقاله و مقادیر آزمایشگاهی نشان داده شده است. در این جدول نشان داده شده است که مدلی که در این مقاله ارائه شده است از دقت بهتری نسبت به مدل‌های ساده‌ی چن برخوردار است.
مقاله‌ی دیگری که در اینجا مورد مطالعه قرار می‌گیرد کاری است که کل سیستم خنک‌کاری موتور را مورد بررسی و تحلیل قرار داده است [25]. در این کار از یک مدل کوپل یک‌بعدی و سه‌بعدی برای تحلیل سیستم خنک‌کاری موتور استفاده کرده است. اجزایی مانند رادیاتور، پمپ و … به صورت یک بعدی و راهگاه خنک‌کاری به صورت سه بعدی و با در نظر گرفتن جوشش مدل شده است. برای شبیه‌سازی جوشش از مدل مخلوط28 بهره برده است. این مدل مجزا بودن فازها را در نظر نمی‌گیرد و سرعت فاز بخار و فاز سیال برابر فرض می‌شوند. پس از حل جریانی و حرارتی مشاهده شد که نقاط سکون29 به‌عنوان مکان‌های اولیه‌ی شروع جوشش هسته‌ای عمل می‌کنند. برای اصلاح راهگاه‌های خنک‌کننده‌ی موتور 14 تغییر در هندسه‌ی آن اعمال شد و سرعت متوسط خنک‌کننده از m/s1 به m/s2 افزایش داده شد. با اصلاح واشر سرسیلندر 80 درصد خنک‌کننده به سمت راهگاه‌های اگزوز و 20 درصد آن به سمت راهگاه‌های هوا هدایت شد.

جدول 2- 3: مقایسه‌ی مقادیر دما تحت شرایط جابجایی تنها، مدل جوشش چن، مدل اصلاح شده‌ی این مقاله و مقادیر آزمایشگاهی [24]

لی [26, 27] یک تحقیق آزمایشگاهی دیگر در زمینه‌ی جوشش در موتورهای احتراق داخلی ارائه کرده است. در این کار از همان دستگاه مرجع [23] استفاده شده است. در برخی از کارهای قبلی که در زمینه جوشش انجام شده بود [12, 13, 18] عنوان شده بود که معادله‌ی دیتوس بولتر در آزمایشاتی که از یک مجرای مستطیلی با یک گرمکن مسطح در کف مجرا استفاده می‌کنند در مقایسه با آزمایشاتی که از یک مجرای دایروی یکنواخت گرم شونده بهره می‌برند، دمای دیواره را بیش از حد واقعی آن تخمین می‌زند. علت این بیش‌تخمینی30 را می‌توان به طول ورودی تا رسیدن به جریان توسعه یافته‌ی حرارتی نسبت داد. برای جبران این نقیصه، لی در این مقاله ضریبی را به‌نام ضریب اصلاح معرفی می‌کند و بیان می‌دارد که با در نظر گرفتن این ضریب در معادله‌ی دیتوس بولتر می‌توان به دقت قابل توجهی در مطابقت معادله‌ی تئوری دیتوس بولتر با نتایج تجربی دست یافت. مقدار این ضریب که با CCF نشان داده می‌شود برابر 2 در نظر گرفته می‌شود.
پس از صحه‌گذاری معادله‌ی جدید دیتوس بولتر در ناحیه‌ی جابجایی، معادله‌ی چن با در نظر گرفتن ضریب اصلاحی در معادله‌ی دیتوس بولتر باز نویسی شد. سپس معادله‌ی جدید چن با نتایج تجربی موجود به‌دست آمده از دستگاه آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفت. در شکل 2- 29و شکل 2- 30 بخشی از این نتایج نشان داده شده است.

شکل 2- 29: مقایسه‌ی نتایج تجربی و مدل چن در فشار های مختلف، سرعت ورودی m/s5/0 و دمای ورودی C°8/98 [26]

شکل 2- 30: مقایسه‌ی نتایج تجربی
و مدل چن در سرعت‌های مختلف، فشار bar82/1 و دمای ورودی C°8/98 [26]
لی همچنین مدل چن معرفی شده در این مقاله را با نتایج تجربی یک موتور نیز مقایسه کرده است. شرایط موتور و نحوه‌ی اندازه‌گیری در مرجع [26] توضیح داده شده است.
لی در همین زمینه کارهای مشابه دیگری نیز انجام داده است که در مراجع [28, 29] قابل مشاهده است.
یکی دیگر از کارهای انجام شده در این بخش کاری است که رامستورفر و همکاران [30] انجام داده‌اند. در این کار مطالعه‌ای بر روی پدیده‌ی جوشش در یک سطح عمودی انجام شده است. مخلوطی از آب و اتیلن گلیکول با نسبت حجمی 40 به 60 به‌عنوان سیال کاری انتخاب شده است. سه نوع سطح برای آزمایش انتخاب شد که یکی از آنها معمولی و دو سطح دیگر با پوشش خاصی پوشیده شده بودند. پس از بررسی پارامترهای انتقال حرارت جوشش و ترسیم نمودارهای مربوطه آنها به این نتیجه رسیدند که در جوشش تنها زبری و تخلخل مهم نیست بلکه ریزساختار سطح (microstructure) نیز بسیار مهم‌ بوده و می‌تواند پارامترهای جوشش را تحت تأثیر قرار دهد.
پونکار و داس [31] از شرکت Ansys کاری را در زمینه جوشش ارائه نمودند که در آن یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای شبیه‌سازی جوشش جریانی مادون سرد که در راهگاه خنک‌کاری موتور اتفاق می‌افتد را نشان دادند. آن‌ها برای صحه گذاری از مدل رابینسون استفاده کرده‌اند. آن‌ها توزیع دمای بدنه موتور را در دو حالت با در نظر گرفتن جوشش و بدون آن نشان دادند که در قسمت‌هایی با دمای بیشینه اختلاف دمای نزدیک به 45 درجه دیده می‌شود. به عبارت دیگر در این قسمت‌ها دمای بدنه با در نظر گرفتن جوشش 415 کلوین به‌دست آمد، در حالی که بدون در نظر گرفتن جوشش دمای آن مناطق 460 کلوین نشان داده شد.
تورگروسا و همکاران [32] به منظور بررسی پدیده‌ی جوشش در موتور یک دستگاه آزمایشگاهی مشابه شرایط موتور ترتیب دادند. آنها مقادیر آزمایشگاهی به‌دست آمده را با روابط چن مقایسه نموده و گزارش کردند که در دماهای بالا مدل‌های بر پایه‌ی چن دقت کافی ندارند. استنباط نویسندگان این مقاله بر آن است که دلیل این موضوع از ضریب سرکوب کننده ناشی می‌گردد. آنها در ادامه عنوان کردند که عدد پرانتل اثرات قابل توجهی بر ضریب سرکوب کننده دارد و باید اثرات عدد بی‌بعد پرانتل را در آن در نظر گرفت. آن‌ها سپس با در نظر گرفتن اثرات عدد پرانتل در ضریب سرکوب کننده مدل تصحیح شده‌ای ارائه دادند و نشان دادند که بدین طریق مطابقت بهتری میان مدل و نتایج آزمایشگاهی حاصل می‌گردد.
جعفرآبادی و همکاران [33] تحلیل CFD و FE از موتور دیزل سرعت متوسط 12 سیلندر V شکل با استفاده از Ansys-CFX انجام دادند. یکی از نقاط قوت تحقیق مذکور استفاده از محاسبات جوشش در شبیه‌سازی جریان خنک‌کننده در راهگاه می‌باشد. آنها مشاهده کردند که در نقاط داغ در نواحی با دبی پایین خنک‌کننده به خصوص در اطراف راهگاه دود جوشش رخ می‌دهد که منجر به افزایش چشمگیر ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی در مناطق فوق گرم می‌گردد. جعفرآبادی و همکاران [34] در کار دیگری که ادامه کار [33] می‌باشد چهار طرح برای خنک‌کاری سطح مقابل شعله‌ در سرسیلندر ارائه کرده و پس از بررسی مزایا و معایب طرح‌های پیشنهادی بهترین آن را معرفی نمودند.
محمدی و یعقوبی [35] در پژوهشی از مدل مخلوط دوفازی برای شبیه‌سازی انتقال حرارت جوششی در راهگاه موتور ملی دیزل استفاده کردند. در این کار علاوه بر نشان دادن تطابق خوب اندازه‌گیری تجربی با شبیه‌سازی انجام شده گزارش شد که در صورت بکارگیری جوشش به صورت موضعی جریان خنک‌کننده قادر خواهد بود تا حباب‌های ایجاد شده بر روی سطح را با خود حمل کند و نگرانی جدی از ماندن حباب روی سطح وجود نخواهد داشت.
ستارچه و جزایری [36] منیفولد دود یک موتور دیزل دریایی و اثرات جوشش در راهگاه خنک‌کاری آن را مورد بررسی قرار دادند. در این کار مدل راهگاه آب با اعمال شرایط مرزی لازم حل شد و سپس نتایج حل از جمله ضریب انتقال حرارت بر روی مش هندسه منیفولد دود منتقل گردید و پس از اعمال مقادیری از قبیل نرخ جرمی گاز به همراه دمای آن مش جامد حل شد. در طی مراحل لازم برای حل مش جامد، در هر مرحله CFD مقادیر دمای دیواره برای تمامی گره‌ها با توجه به رابطه‌ی تجربی تصحیح شدند و در نهایت دمای واقعی دیواره با در نظر گرفتن اثرات جوشش و پس از طی چندین مرحله حل CFD بدست آمد.
مدرکی و جزایری [37] با مدل نمودن انتقال حرارت جوشش در راهگاه خنک‌کاری موتور EF7 گزارش کردند که در مناطقی که جوشش رخ داده است ضریب انتقال حرارت به صورت چشمگیری افزایش یافته است.
مشابه کار انجام شده در مرجع توسط همت خانلو و همکاران [38] نیز انجام شد. با این تفاوت که در مطالعه اخیر مدلسازی جوشش در راهگاه خنک‌کاری با نرم‌افزار AVL Fire صورت گرفت.
یوآ و همکاران [39] برای مطالعه پدیده جوشش جریانی در راهگاه خنک‌کاری یک موتور دیزل سنگین، تحقیقات آزمایشگاهی را بر روی انتقال حرارت جوشش جریانی مادون سرد انجام دادند. سیال کاری در این آزمایشات مخلوط آب و اتیلن گلیکون با نسبت حجمی 40 به 60 و همچنین 50 به 50 بوده است. آن‌ها نشان دادند که تحت شرایط حرارتی حاکم بر این موتورها جوشش جریانی تقریبا در شرایطی رخ می‌دهد که دمای دیواره حداقل به اندازه‌ی ℃10 فوق گرم شده باشد؛ به‌عبارت دیگر ضریب انتقال حرارت در اثر جوشش جریانی زمانی افزایش چشمگیر خود را نشان می‌دهد که دمای دیواره حداقل ℃ 10 بیشتر از دمای اشباع سیال در فشار کاری
خود باشد.
سیستم‌های خنک‌کاری جوششی را می‌توان به دو دسته‌ی کلی تقسیم بندی نمود. سیستم‌های جوشش اشباع یا تبخیری و سیستمهای جوشش مادون سرد. در سیستم‌های جوشش تبخیری یا اشباع، بخار تولید شده به یک کندانسور تخلیه می‌شود و در سیستم‌های جوشش مادون سرد، بخار تولید شده ضمن برگشت به جریان کلی سیال چگالیده شده و مجدداً به صورت مایع درخواهد آمد. در هر دو مورد، کاهش قابل توجهی در نرخ جریان سیال حاصل خواهد شد که بارهای اضافی موتور را کاهش داده و موجب کاهش مصرف سوخت نیز خواهد شد.
پرتشر و آپ یک سیستم خنک‌کاری جوشش تبخیری را با استفاده از یک پمپ الکتریکی مورد استفاده قرار دادند [40]. موتور مورد آزمایش در این کار یک موتور 4 سیلندر خطی با حجم 8/1 لیتر بوده است. در این کار، آن‌ها از دو مدار خنک‌کاری استفاده کردند. مدار اول که از فرآیند جوشش تبخیری جزیی استفاده می‌کرد شبیه به مدار خنک‌کاری استاندارد که خروجی موتور مخلوطی از بخار و آب

دسته بندی : پایان نامه ها

دیدگاهتان را بنویسید