منابع و ماخذ پایان نامه شبیه‌سازی

بوده است که وارد یک مبدل حرارتی می‌شد. بخش بالایی این مبدل حرارتی نقش کندانسور و قسمت پایین آن نقش رادیاتورهای معمولی را داشته است. مدار دیگر که از فرآیند جوشش تبخیری کامل استفاده می‌کرد در مدار خنک‌کاری خود از یک جداکننده‌ی بخار نیز بهره می‌برده است. در هر دو حالت خنک‌کاری رضایت بخشی حاصل گردید اما در عین حال این طور استنباط شد که با وجود عملکرد انتقال حرارتی بهتر خنک‌کاری جوشش تبخیری کامل سیستم خنک‌کاری جوشش تبخیری جزیی قابلیت کنترل بهتری را داراست و همچنین این نکته نیز باید مورد توجه قرار گیرد که سیستم خنک‌کاری جوشش تبخیری کامل از اجزا و المان‌های کنترلی بیشتری نسبت به سیستم خنک‌کاری معمولی تشکیل شده است که بر پیچیدگی آن می‌افزاید.
جنتیل و زیدات [41, 42] همچنین در مورد مزایای سیستم‌های خنک‌کاری جوشش هسته‌ای و تبخیری بحث کرده‌اند و بیان نموده‌اند که حجم و دبی کمتر خنک‌کننده با به‌کارگیری این سیستم‌ها حاصل خواهد شد.
آپ و گلم [43] از یک سیستم خنک‌کاری دبی پایین برای بهبود گرمایش محفظه‌ی سرنشینان، کاهش مصرف سوخت و کاهش وزن و هزینه در یک موتور دیزل استفاده کردند. در این مطالعه مطرح شده است که از آن‌جایی که 95 درصد مسافرت‌ها زیر سرعت 120 کیلومتر بر ساعت است و عموماً توان خنک‌کاری مطابق شرایط بیشینه توان تنظیم میشود، می‌توان برای بخش اعظمی از شرایط رانندگی دبی کمتری را در نظر گرفت. برای 5 درصد باقی‌مانده که موتور در بیشینه توان کار می‌کند می‌توان به‌گونه‌ای که طراحی کرد که خنک‌کاری وارد فاز جوشش شود. در این روش از یک پمپ الکتریکی با توان 30-60 وات به‌جای پمپ مکانیکی 1-2 کیلوواتی استفاده شد. با به‌کارگیری این طرح یک کاهش 90 درصدی در توان مصرفی پمپ مشاهده شد و البته افزایش 20 درجه سانتیگراد در دمای سرسیلندر. در شرایط تمام‌بار و بیشینه سرعت، خنک‌کننده در خروجی موتور و ورودی رادیاتور به شکل بخار در می‌آید و رادیاتور در این حالت دو وظیفه بر عهده دارد؛ بخشی از رادیاتور به‌عنوان چگالنده عمل می‌کند و بخش دیگر همان نقش معمولی خود به‌عنوان یک مبدل حرارتی را بازی می‌کند.
در این مقاله گزارش شد که اگر افزایش دمای سرسیلندر قابل قبول باشد می‌توان فشار خنک کننده را به یک اتمسفر برگرداند که در نتیجه‌ی آن هزینه‌ی آب‌بندی شیلنگ‌ها و رادیاتور در فشار بالا نیز کاهش داده می‌شود. هیچ‌گونه اثر منفی بر روی عملکرد موتور دیده نشد. البته تحلیل تنش و تست دوام انجام نشد. از معایب این طرح باید به طراحی نسبتاً پیچیده‌ی مخزن انبساط و حجم زیاد مخزن انبساط اشاره کرد.
باید اذعان داشت که از حیث انتقال حرارت نمی‌توان منکر مزایای سیستم خنک‌کاری جوشش تبخیری شد؛ اما از نگاه کلی باید گفت که این سیستم افزایش قابل توجه پیچیدگی، خطرپذیری بالا و هزینه‌های زیاد را نیز در پی خواهد داشت.
در سیستم‌هایی که از خنک‌کاری دقیق استفاده می‌کنند اصول روش بر این مبنا استوار است که از افزایش سرعت برای بالا بردن ضریب جابجایی و افزایش خنک‌کاری در نقاط حساس بهره می‌برند. در تحقیقاتی که در این بخش مورد بررسی قرار گرفت روشن شد که یک روش دیگر که به منظور بالا بردن ضریب جابجایی می‌توان از آن بهره برد استفاده از رژیم جریان جوشش هسته‌ای است.
جوشش هسته‌ای بسیار بیش‌تر از آنی که تصور می‌شود در موتور اتفاق می‌افتد. این موضوع به خوبی توسط فینلی نشان داده شد [11]. وی با تغییر فشار سیال کاری موتور مشاهده نمود که دمای برخی از قسمت‌ها و اجزای موتور به وضوح تغییر می‌کنند. این تغییر دما به این معنی است که جوشش در موتور اتفاق افتاده است؛ چرا که اگر رژیم خنک‌کاری در یک قسمت فقط انتقال حرارت جابجایی باشد، با تغییر فشار، تغییر چندانی در نرخ انتقال حرارت به‌وجود نخواهد آمد. همچنین محاسبات دینامیک سیالات محاسباتی نشان داده است که جوشش هسته‌ای در نقاط متعددی در موتور رخ می‌دهند؛ چرا که توزیع دمای اندازه‌گیری شده با محاسبات دینامیک سیالات محاسباتی که صرفا از انتقال حرارت جابجایی استفاده می‌کنند همخوانی ندارد. وجود پدیده‌ی جوشش در موتور را نمی‌توان مطلقاً مضر دانست. اگر پدیده‌ی جوششی که در یک فرآیند انتقال حرارت در حال وقوع است در محدوده‌ی جوشش هسته‌ای باشد نرخ انتقال حرارت افزایش می‌یابد. دلیل این امر افزایش ضریب جابجایی در این ناحیه است. وقوع پدیده‌ی جوشش هسته‌ای در موتورها به منزله‌ی یک حاشیه‌ی امن برای جلوگیری از افزایش بیش از حد دما در نقاطی که سرعت خنک‌کننده پایین است محسوب می‌گردد. اساس سیستم‌های خنک‌کاری جوششی استفاده از پتانسیل‌های انتقال حرارتی پدیده‌ی جوشش در ناحیه‌ی رژیم هسته‌ای آن است. البته در همین‌جا باید ذکر کرد که بایستی در مورد کنترل رژیم جوششی در محدوده‌ی جوشش هسته‌ای بسیار محتاط بود چرا که ورود رژیم جوشش به جوشش فیلمی موجب کاهش چشمگیر ضریب جابجایی می‌گردد.
استفاده از خنک‌کاری جوشش هسته‌ای دارای مزایایی از قبیل توان کمتر پمپ خنک‌کاری و دفع حرارت بیشتر از سطح می‌باشد که به نوبه‌ی خود توزیع دمای یکنواخت‌تری را برای موتور در پی دارد. همچنین باید خاطر نشان کرد که استفاده از سیستم‌های خنک‌کاری جوششی، به‌طور کلی افزایش دمای خنک‌کننده و متعاقباً افزایش دمای بدنه‌ی موتور را در پی دارد. این افزایش دما موجب کاهش ویسکوزیته روغن و در پی آن کاهش اصطکاک
می‌گردد. از این رو است که می‌توان کاهش مصرف سوخت را به عنوان یکی از مزایای سیستم‌های خنک‌کاری جوششی برشمرد [44].
پس از بررسی مراجع متعدد در زمینه انتقال حرارت موتور چه از نقطه نظر هندسی و چه به‌کارگیری جوشش تبخیری و مادون سرد این نتیجه حاصل می‌گردد که بهترین حالت برای راهگاه خنک‌کاری یک موتور احتراق داخلی، راهگاهی است که از نقطه نظر هندسی طوری طراحی شود که در نقاط حساس حرارتی خنک‌کننده به سرعتی برسد که متناسب با شار حرارتی در آن ناحیه، جوشش مادون سرد واقع شود. البته جوشش مادون سردی که با یک ضریب اطمینان مناسب از ناحیه شار حرارتی بحرانی فاصله داشه باشد. در این حالت هم از پتانسیل‌های فرآیند جوشش در افزایش انتقال حرارت بهره گرفته شده است و هم از خطرات احتمالی که پدیده جوشش می‌تواند داشته باشد مانند تولید حباب و بسته شدن جریان یا افزایش ناگهانی دمای سطح اجتناب شده است.

فصل سوم: مطالعات تجربی

3-1- مقدمه
به منظور دستیابی به نتایج دقیق‌تر در راستای اهداف پایان‌نامه و صحه گذاری مدل‌های مورد استفاده در بخش شبیه‌سازی عددی دو کار تجربی مجزا در این پایان‌نامه صورت گرفته است. یکی از کارهای تجربی انجام شده شبیه‌سازی فرآیند جوشش جریانی مادون سردی است که در راهگاه موتور رخ می‌دهد. بدین منظور یک دستگاه آزمایشگاهی ساخته شد و با استفاده از آن نمودار شار حرارتی بر حسب دمای سطح گرم استخراج گردید. این نمودار یکی از مفیدترین نمودارها برای استخراج و یا راستی‌آزمایی مدل‌های عددی شبیه‌سازی جوشش جریانی است. کار دیگر آزمایشگاهی که صورت گرفت اندازه‌گیری تجربی سرعت سیال در راهگاه موتور بود. برای این منظور از روش Particle Image Velocimetry که به اختصار PIV نامیده می‌شود استفاده شد. روش مذکور یکی از روش‌های نوری اندازه‌گیری سرعت جریان سیال است که در بخش مربوطه به تفصیل مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در این فصل به تشریح جزییات دو کار تجربی انجام شده در این پایان‌نامه پرداخته می‌شود.
3-2- دستگاه آزمایشگاهی جوشش
هدف اصلی ساخت این دستگاه و مطالعه‌ی تجربی پدیده‌ی فرآیند جوشش جریانی مادون سرد، استخراج و صحه‌گذاری رابطه‌ای برای جوشش جریانی مادون سرد است که با استفاده از آن بتوان میزان شار حرارتی دفع شده از سطح گرم را با داشتن دمای سطح تخمین زد. برای این منظور دستگاهی ساخته شد که شماتیک آن در شکل 3- 1 نشان داده شده است.
نحوه کار دستگاه به این شکل است که ابتدا سیال مورد نظر در مخزن گرم شده تا به دمای C° 80 برسد. سپس پمپ سیال را به سمت کانال به حرکت درمی‌آورد. برای اینکه این دما ثابت بماند گرمکن درون مخزن به یک کنترلر و رله وصل شده که با افزایش یا کاهش دمای مخزن هیتر خاموش و روشن می‌شود. برای تنظیم دبی سیال با استفاده از یک شیر سه راهه که بین پمپ و کانال قرار گرفته است مقداری از سیال به سمت کانال رفته و مقداری دیگر به مخزن برمی‌گردد. برای اندازه‌گیری فشار سیال، در ورودی و خروجی کانال فشارسنج‌هایی نصب شده و در نهایت سیال پس از خروج از کانال از یک روتامتر برای اندازه‌گیری دبی آن عبور می‌کند. در قسمتی از کف کانال بخش آزمایش قرار گرفته است که یک قطعه آلمینیومی است. در این قسمت با استفاده از روش‌هایی که در ادامه توضیح داده خواهد شد شار حرارتی عبوری و همچنین دمای سطح فلز اندازه گیری شده و نمودارهای انتقال حرارت به صورت شار حرارتی بر حسب سرعت سیال ترسیم خواهند شد. حال به بررسی دقیق‌تر اجزای دستگاه آزمایش پرداخته می‌شود.

شکل 3- 1: شماتیک دستگاه ساخته شده برای آزمایش شاخصه‌های جوشش جریانی مادون سرد
3-2-1- مخزن
مخزن مورد استفاده در این کار مخزنی به حجم 50 لیتر است که از جنس آلومینیوم بوده و برای کاهش اتلاف حرارت به خوبی عایق شده است. شکل این مخزن در شکل 3- 2 نشان داده شده است.
3-2-2- گرمکن مخزن
جهت گرم کردن سیال در مخزن از یک گرمکن 2000 واتی مانند شکل 3- 3 استفاده شده است.
3-2-3- پمپ
برای به گردش درآوردن سیال از یک پمپ دما بالا مدل ساخت کشور انگلستان با دبی حداکثر GPM 35 و هد ft 41 استفاده شده است. تصویر این پمپ در شکل 3- 4 نشان داده شده است.
3-2-4- شیر سه‌راهه
برای تنظیم دبی سیال بعد از پمپ یک شیر سه راهه مانند شکل 3- 5 قرار داده می‌شود تا جریان اضافی توسط آن به مخزن برگرداننده شود.

شکل 3- 2: مخزن

شکل 3- 3: گرمکن مخزن

شکل 3- 4: پمپ

شکل 3- 5: شیر سه‌راهه
3-2-5- فشار سنج
جهت اندازه گیری فشار در ورودی و خروجی کانال دو عدد فشار سنج با دقت bar 02/0 مدل TG مانند شکل 3- 6 نصب شده است.
3-2-6- کانال
پمپ جریان سیال را وارد یک کانال مانند شکل 3- 7 می‌کند. برای دیدن حباب‌های تشکیل شده و از طرفی تحمل دمای بالا، این کانال از جنس ورق‌های پلکسی‌گلاس با ضخامت cm 2 ساخته شده است که با کلروفوم به هم متصل شده‌اند. از طرف دیگر برای اینکه جریان سیال کاملاً توسعه یافته باشد طول این کانال cm 120 در نظر گرفته شده است. ابعاد این کانال 3×2 می‌باشد.

شکل 3- 6: فشار سنج

شکل 3- 7: کانال
3-2-7 روتامتر
برای اندازه گیری دبی سیال عبوری از کانال از یک روتامتر مدل GEC-ELLIOT ساخت کشور انگلستان با دقت Lit/min 1/0 مانند شکل 3- 8 استفاده شده است. باید توجه داشت که این روتامتر برای سیال آب در دمای C° 20 کالیبره شده است و زمانی که سیال یا شرایط دمایی تغییر می‌کند روتامتر باید کالیبره شود. برای تغییر کالیبراسیون روت
امتر می‌توان از رابطه‌ی 3- 1 استفاده کرد.
3- 1

در این رابطه، Q1 دبی سیال در کالیبراسیون اولیه، Q2 دبی در شرایط ثانویه، چگالی گوی روتامتر و و چگالی سیال در شرایط اولیه و ثانویه هستند.
3-2-8 کویل مسی
هنگامی که سیال در مخزن به دمای C° 80 می‌رسد به دلیل رخ دادن تبخیر، غلظت سیال درون مخزن تغییر می‌کند. بنابراین می‌بایست این بخارها تقطیر و به مخزن برگردد تا هم غلظت سیال ثابت بماند هم فشار در مخزن بالا نرود. برای این منظور از یک کویل مسی مانند شکل 3- 9 که به آب سرد وصل شده استفاده شده است.
3-2-9- بخش مورد آزمایش31
بخش مورد آزمایش همان‌طور که در شکل 3- 10 نشان داده شده است، از جنس آلومینیوم به قطر mm 12 بوده که روی بلوک مسی نصب شده است. در قسمت انتهایی آن مکانهایی برای کاشتن ترموکوپل‌ها در نظر گرفته شده که با استفاده از دماهای این ترموکوپل ها، شار حرارتی و دمای سطح بدست می‌آید.
فاصله‌ی ترموکوپل‌ها از هم برابر mm 3 و فاصله ترموکوپل To تا سطح برابر با mm 5 است. بنابراین با فرض انتقال حرارت یک

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *