شبیه سازی انتقال حرارت در موقع خاموش شدن موتور با کوپل حرارتی جامد و سیال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر رجایی، تهران، ایران

چکیده

در هنگام خاموشی موتور بیشترین امکان جوشش وجود دارد زیرا در چند ثانیه پس از خاموش شدن پمپ آب، دمای سیال خنک کننده که در تماس با سرسیلندر داغ قرار دارد افزایش پیدا می کند که اگر در طراحی ان دقت نشود می تواند باعث جوشش لایه ای در راهگاه آب موتور شود. در زمان خاموشی موتور، سیلندر در تماس مستقیم با پیستون ساکن قرار دارد و اگر دمای سیلندر به سرعت کاهش نیابد باعث چسبیدن پیستون به سیلندر، و آسیب جدی به موتور می شود. همچنین کاهش انتقال حرارت از گازهای داغ محفظه احتراق به سیال خنک کننده به علت توقف گردش آن در راهگاه آب می تواند باعث سوختن واشر سرسیلندر شود. بنابراین با بدست آوردن توزیع دمای بلوک و سرسیلندر در حین خاموشی می توان از این آسیب جلوگیری نمود. در این مقاله کوشش شده اثر انتقال حرارت بعد از توقف گردش موتور و ایجاد پدیده جوشش در شرایط گذرا بعد از خاموشی موتور با شبیه سازی بررسی گردد. در کار حاضر شبیه­ سازی ناپایا با کوپل حرارتی همزمان راهگاه آب، بلوک و سرسیلندر موتور با استفاده از نرم افزار AVL-Fire  انجام شده است. ابتدا اعتبارسنجی با استفاده از نتایج آزمایشگاهی دما در چهار نقطه در در سرسیلندر انجام شده است که همخوانی خوبی بین نتایج عددی و آزمایشگاهی وجود دارد. نتایج فشار، ضریب انتقال حرارت جابجایی، شار حرارتی در راهگاه آب و توزیع دما در بلوک و سرسیلندر در حالت گذرا نشان داده شده است. در انتها اثر خاموش شدن موتور روی دمای ماکزیمم سیال خنک کننده و پوسته جامد در بلوک و سرسیلندر  و توزیع شار حرارتی و دمای سرسیلندر در حالت گذرا بررسی شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Simulation of heat transfer in shutdown time of engine by conjugate heat transfer

نویسندگان [English]

  • sadegh jahantighi 1
  • Amireh Nourbakhsh 1
  • arash mohammadi 2
1 mechanic
2 mechanic
چکیده [English]

At the time of engine shutdown, the most probability of boiling exists. The reason is that in a few seconds after stopping of revolution of water pump, the temperature of coolant that is in direct contact with the cylinder head, increases; and if the temperature rising is not considered in design, it can causes film boiling in water jacket of engine. In time of the engine shut down, the cylinder is in contact with piston, and if the cylinder temperature does not drop rapidly, it will cause serious damage to the engine. Also, decreasing in heat transfer from hot gases of combustion chamber to coolant due to stopping the revolution of coolant causes the damage in gasket. Therefore, this damage can be prevented by obtaining distribution of the block temperature during silencing. In this paper, coupled heat-transfer simulation of cooling jacket, block and cylinder head after the engine shut down is carried out with AVL-Fire software. Results of pressure and heat transfer coefficient, heat flux in water jacket and temperature distribution in block and cylinder head are achieved. Finally, effect of engine shutdown is investigated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Internal combustion engine
  • Shutdown time
  • Boiling heat transfer

مراجع

[1] F. Ohrby, Numerical modeling of subcooled nucleate flow boiling in engine cooling systems, Master's thesis in the Applied Mechanics programme , Chalmers university of Technology, 2014.
[2] T. Boo, CFD homogeneous mixing flow modeling to simulate sub-cooled nucleate boiling flow, SAE International, Paper No. 2004-01-1512, 2004.
[3] K. Robinson, IC engine coolant heat transfer studies, PhD thesis, University of Bath, 2001.
[4] O. Zeitoun, M. Shoukri, Bubble behavior and mean diameter in sub-cooled flow boiling, ASME Journal of Heat Transfer, pp. 110-118, 2010.
[5] L. You- Chang, G. Xiao-Hong, C. Dan, Research on cooling system for 4-cylinder diesel engine, SAE 2007-01-2064, 2007.
[6] Dong, F., Fan, Q., Cai, Y. Norihiko, w., Lee, w. Numerical Simulation of Boiling Heat Transfer in Water Jacket of DI Engine, SAE 2010-01-0262, 2010.
[7] A. Mohammadi, H. Hashemi, A. Jazayeri, Two phase flow simulation for nucleate boiling heat transfer calculation in water-jacket of diesel engine. In ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference, Japan, pp. 1721-1729, 2011.
[8] A. Mohammadi, A. Jazayeri, M. Yaghoubi, Two Phase Flow Simulation for Film Boiling Heat Transfer Calculation in Water-jacket of Diesel Engine, Proceedings of the Seventh International Conference on Internal Combustion Engines, Tehran, Iran, 2011.
[9] A. Mohammadi, M. Yaghoubi, Two Phase Flow Simulation for Subcooled nucleate Boiling Heat Transfer Calculation in Water-jacket of Diesel Engine, Engine research, Vol.22, pp.50-61, 2011.
[10] Myeong-Gie Kang, Effects of pool subcooling on boiling heat transfer in a vertical annulus with closed bottom, Int. J. of Heat and Mass Transfer 48, pp. 255–263, 2005.
[11] Myeong-Gie Kang, Effects of the location of side inflow holes on pool boiling heat transfer in a vertical annulus, Int. J. of Heat and Mass Transfer 51, pp. 1707–1712, 2008.
[12] M. Jafarabadi, H. Chamani, A. Jazayeri, Improvement of a diesel engine water cooling performance through implementation of different cooling Designs, Internal combustion Engine Division Fall Technical Conference, 2013.
[13] R. Hemmat Khanlou, A. Mohammadi, A. Jazayeri, M. Yaghoubi ,Simulation of heat transfer considering boiling phenomenon in cooling passage of turbo-charged national engine, Engine research, Vol.29, pp.3-14, 2013.
[14] R. Hemmat Khanloo, A. Mohammadi, M. Varmazyar, Research on modification of cooling passage for a 4-cylinder turbocharged SI engine with precise cooling view point, Engine research, Vol. 41, pp.31-29, 2016.
[15] AbdulNour, B., Doroudian, M., Battoei-Avarzaman, M. (2011). Prediction of Transient Engine Compartment Temperature During After-Boil, SAE Technical Paper. (No. 01-0657).
[16] جهان تیغی، ص.، نوربخش، ا و محمدی، آ. شبیه سازی انتقال حرارت با در نظر گرفتن پدیده جوشش در موتور ملی به روش حل هم زمان انتقال حرارت جامد و سیال و بررسی اثر خنک کاری دقیق بر انتقال حرارت. فصلنامه علمی-پژوهشی تحقیقات موتور، شماره 45، ص 3-16، 1395.
[17] K., Hanjalić, M., Popovac, M., Hadžiabdić, A robust near-wall elliptic-relaxation eddy-viscosity turbulence model for CFD. International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 25, Issue. 6, pp.1047-1051, 2004.
[18] J. C. Chen, A correlation for boiling heat transfer to saturated heat transfer to standard fluids in convective flow, 6th National Heat Transfer Conference, Boston, 1963.
[19] W. M. Rohsenow, Heat Transfer, a Symposium, Engineering Research Institute, University of Michigan, Michigan, 1952.
[20] AVL Fire User Manual, Version 2004.
[21] L. Z.,  Zeng, J. F., Klausner, D. M., Bernhard, R., Mei, A unified model for the prediction of bubble detachment diameters in boiling systems, Int. J. of Heat and Mass Transfer, Vol. 36, pp. 2271-2279, 1993.
[22] I. C., Finlay, R. J. Boyle, J. P. Pirault, and T.Biddulph, Nucleate and film boiling of engine coolants flowing in a uniformly heated duct of small cross section, 1987.
[23] Technical Report, Thermal survey test of EF7TC, Mahdi Ahmadi, 2007.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 51، شماره 4
مهر و آبان 1398
صفحه 161-170

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار