تحلیل حرارتی و سیالاتی چند راهه دود موتور دیزل با در نظر گرفتن پدیده جوشش و مقایسه با نتایج تجربی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی جندی شاپور، دزفول، ایران

چکیده

چندراهه دود همراه با سیستم خنک کاری به طور گسترده در موتورهای دیزل که در آ نها از توربوشارژر بهره می‌گیرند، استفاده می‌شود. راهکار مناسب برای بررسی چگونگی عملکرد و عبور سیال درون چندراهه، بهره‌گیری از قوانین دینامیک سیالات محاسباتی است. بر این اساس پس از طراحی سه بعدی بدنه چندراهه و ایجاد شبکه‌بندی مناسب، با استفاده از دیدگاه جریان‌های چند فازی و با به کار بردن روش جداسازی RPI برای جوشش مادون سرد در فشار پایین، اقدام به شبیه سازی اثرات عبور جریان سیال درون چندراهه شده است. به منظور اعتبارسنجی روش مورد استفاده برای فرآیند جوشش، مقایسه نتایج به دست آمده با نتایج تجربی مورد بررسی قرار می‌گیرد. اطلاعات این پژوهش شامل توزیع دما، فشار، شیوه‌ی عبور جریان‌های داخلی و کسر حجمی بخار ایجاد شده درون چندراهه می‌باشد. نتایج حاکی از آن است که در ورودی و خروجی چندراهه، تمرکز دمایی بالایی وجود دارد و در نظر گرفتن پدیده‌ی جوشش نسبت به فرض جریان تک فاز، سبب کاهش حداکثر دمای این نواحی شده است. فشار وارده به چندراهه بیشتر از سوی گازهای احتراقی است و فشار وارده از سوی سیال خنک کن در مقابل آن قابل چشم‌پوشی است. با تحلیل نتایج، دو ناحیه به عنوان مکان‌هایی بحرانی از نظر تمرکز دمایی معرفی شدند که تطابق محل ترک ایجاد شده در نمونه ی اصلی با یکی از این نواحی، نشان دهنده صحت و کیفیت نتایج به دست آمده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Thermal Analysis for Diesel Engine Exhaust Manifold with Regard to the Boiling Phenomenon and Compared with Experimental Results

نویسندگان [English]

  • M.R. Asari
  • S. Adeli
  • P. Nikandish
Department of Mechanical Engineering, Jondi Shapour University, Dezful, Iran
چکیده [English]

Exhaust manifold with the cooling system is widely used in diesel engines which use turbocharger. The Appropriate solution to check how fluid passing through the manifold, is using the computational fluid dynamics laws. According to this, after 3D modeling of the manifold’s body and make the appropriate meshing, using multiphase flows laws and Rensselaer Polytechnic Institute separation method for sub-cooled boiling at low pressure, the effects of fluid flow within the manifold have been simulated. In order to validate the method used for boiling, matching the results with the experimental results is performed. The information in this study includes the distribution of temperature, pressure, flow through the interior geometry and amount of vapor volume fraction that is created in the manifold. The results showed that in the inlet and outlet of manifold, there is a high temperature focus and consideration of boiling phenomenon instead of single-phase flow assumption, reduced the maximum temperature of these areas. The pressure which is applied to Manifold is caused by the combustion gases and the pressure of the cooling fluid is negligible in comparison with that. By analyzing the result, two critical areas of temperature focus were introduced and adaptation of cracks in the original sample with one of these areas, is indicating the accuracy and quality of the obtained results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Exhaust manifold
  • Sub-cooled boiling
  • Computational fluid dynamic
  • Two-fluid boiling model
  • RPI separation method
  • Rensselaer Polytechnic Institute separation method

مراجع

[1] K.K. Katta, Phase change cooling applications: Engine cooling, The University of Texas at El Paso, 2008.
[2] R. Hemmat Khanlou, A. Mohammadi, S. Jazayeri, M.J.T.J.o.E.R. Yaghoubi, Simulation of heat transfer considering boiling phenomenon in cooling passage of turbo-charged national engine, 29(29) (2013) 3-14.
[3] A.K. Sadaghiani, A.J.I.J.o.T.S. Koşar, Numerical investigations on the effect of fin shape and surface roughness on hydrothermal characteristics of slip flows in microchannels with pin fins, 124 (2018) 375-386.
[4] H.-T. Chen, W.-L.J.I.J.o.H. Hsu, M. Transfer, Estimation of heat-transfer characteristics on a vertical annular circular fin of finned-tube heat exchangers in forced convection, 51(7-8) (2008) 1920-1932.
[5] F. Dong, Q. Fan, Y. Cai, S. Jiang, C. Guo, W. Norihiko, W.-T. Lee, Numerical simulation of boiling heat transfer in water jacket of DI engine, 0148-7191, SAE Technical Paper, 2010.
[6] T. Bo, CFD homogeneous mixing flow modelling to simulate subcooled nucleate boiling flow, 0148-7191, SAE Technical Paper, 2004.
[7] K. Robinson, IC engine coolant heat transfer studies, University of Bath, 2001.
[8] O. Zeitoun, M.J.J.o.H.T. Shoukri, Bubble behavior and mean diameter in subcooled flow boiling, 118(1) (1996) 110-116.
[9] W. Idsinga, N. Todreas, R.J.I.J.o.M.F. Bowring, An assessment of two-phase pressure drop correlations for steam-water systems, 3(5) (1977) 401-413.
[10] N.J.A.P.N.H.T.C.M. Kurul, Minnesota, USA,, On the modeling of multidimensional effects in boiling channels, (1991).
[11] B. Končar, I. Kljenak, B.J.I.J.o.H. Mavko, M. Transfer, Modelling of local two-phase flow parameters in upward subcooled flow boiling at low pressure, 47(6-7) (2004) 1499-1513.
[12] E. Krepper, B. Končar, Y.J.N.E. Egorov, Design, CFD modelling of subcooled boiling—concept, validation and application to fuel assembly design, 237(7) (2007) 716-731.
[13] V. Tolubinsky, D. Kostanchuk, Vapour bubbles growth rate and heat transfer intensity at subcooled water boiling, in: International Heat Transfer Conference 4, Begel House Inc., 1970.
[14] H.J.I.J.o.H. Ünal, M. Transfer, Maximum bubble diameter, maximum bubble-growth time and bubble-growth rate during the subcooled nucleate flow boiling of water up to 17.7 MN/m2, 19(6) (1976) 643-649.
[15] O. Zeitoun, M.J.I.j.o.h. Shoukri, m. transfer, Axial void fraction profile in low pressure subcooled flow boiling, 40(4) (1997) 869-879.
[16] M.D. Bartel, Experimental investigation of subcooled boiling, 1999.
[17] V. Prodanovic, D. Fraser, M. Salcudean, Bubble behavior in subcooled flow boiling of water at low pressures and low flow rates, International Journal of Multiphase Flow, 28(1) (2002) 1-19.
[18] S. Hua, R. Huang, P. Zhou, Numerical investigation of two-phase flow characteristics of subcooled boiling in IC engine cooling passages using a new 3D two-fluid model, Applied Thermal Engineering, 90 (2015) 648-663.
[19] E. Chen, Y. Li, X. Cheng, L.J.N.E. Wang, Design, Modeling of low-pressure subcooled boiling flow of water via the homogeneous MUSIG approach, 239(10) (2009) 1733-1743.
[20] W.J.P.Z. Fritz, Berechnung des maximalvolumes von dampfblasen, 36 (1935) 379-384.
[21] T. Lee, G. Park, D. Lee, Local flow characteristics of subcooled boiling flow of water in a vertical concentric annulus, International Journal of Multiphase Flow, 28(8) (2002) 1351-1368.
[22] G.-x. Li, S. Fu, Y. Liu, Y. Liu, S.-z. Bai, L. Cheng, A homogeneous flow model for boiling heat transfer calculation based on single phase flow, Energy Conversion Management, 50(7) (2009) 1862-1868.
[23] S. Antal, R. Lahey Jr, J. Flaherty, Analysis of phase distribution in fully developed laminar bubbly two-phase flow, International Journal of Multiphase Flow, 17(5) (1991) 635-652.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 50، شماره 4
مهر و آبان 1397
صفحه 711-726

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار