20013

۲۰۰۱۳

شبيه سازي سه بعدي سيستم خنك كاري روتور موتور ونكل

كارشناسي ارشد

سيستم محركه

۱۳۹۷/۸/۲

دكتر امير حسن كاكايي

خودرو

در اين پژوهش، شبيه‌سازي سيستم هوا خنك‌ روتور موتور ونكل انجام شده است. تاكنون تحقيقي متمركز بر سيستم خنك‌كاري روتور موتور ونكل صورت نگرفته است، بدين جهت براي شناخت رفتار جريان و انتقال حرارت در راهگاه‌هاي سيستم خنك‌كاري روتور موتور ونكل، ابتدا شبيه‌سازي جريان و انتقال حرارت درون يك لوله كه تمامي پارامترهاي هندسي و عملكردي آن مطابق با راهگاه‌هاي سيستم خنك‌كاري روتور باشد، انجام شده است. سپس به كمك نتايج بدست آمده از اين بخش، شبيه‌سازي سيستم خنك‌كاري روتور موتور ونكل توسط نرم افزار انسيس فلوئنت، مدل آشفتگي تنش‌هاي رينولدز و در سرعت دوراني بيشينه روتور، برابر با 3000 دور بر دقيقه، با شرايط مرزي حرارتي و ورودي كاملا نوساني انجام شده است. همچنين تمامي خواص ترموديناميكي سيال هوا، متغير با دما در نظر گرفته شده‌اند. نتايج بخش اول نشان مي‌دهد كه افزايش سرعت دوراني، فاصله محور دوران تا محور لوله، نوسان و عدد رينولدز جريان ورودي باعث بهبود انتقال حرارت مي‌شود. اما با افزايش عدد رينولدز به بيش از 50 هزار، ديگر انتقال حرارت تاثيري از افزايش سرعت دوراني و فاصله محور دوران تا محور لوله نمي‌پذيرد. همچنين نوسان جريان ورودي براي اعداد رينولدز ميانگين بيش از 15 هزار، موجب كاهش نسبي انتقال حرارت نسبت به شرايط پايا مي‌شود. به طور كلي از نتايج اين بخش مي‌توان اينگونه برداشت كرد كه بهبود انتقال حرارت، همواره همسو با آشفتگي بيشتر جريان اتفاق مي‌افتد. شبيه‌سازي سيستم خنك‌كاري روتور موتور ونكل نشان مي‌دهد كه مي‌توان از فرض شرط مرزي حرارتي ثابت براي وجوه روتور استفاده كرد. همچنين قابل به ذكر است كه مقدار عدد ناسلت ميانگين سيستم خنك‌كاري روتور موتور ونكل در محدوده‌‌ي 572 تا 586 مي‌باشد، كه بيانگر كارائي و عملكرد مناسب اين نوع از سيستم خنك‌كاري براي روتور مي‌باشد. همچنين توزيع دماي روتور يافته شد. البته در اين پژوهش حرارت توليدي ناشي از اصطكاك سيستم نشت‌بندي در نظر گرفته نشده است، كه مي‌تواند تاثير به سزايي بر روي بيشينه دماي سطوح روتور داشته باشد و حتي عملكرد موتور را، با اين نوع از سيستم خنك‌كاري با محدوديت مواجه كند. با يافتن دماي ميانگين روتور در محدوده 551 كلوين، مي‌توان در ادامه اين پژوهش براي توسعه عملكرد موتور ونكل و سيستم روغن‌كاري شفت خروجي از اين مقدار استفاده كرد و در جهت توسعه اين موتور گام برداشت.

1397/11/13

Three dimensional simulation rotor cooling system Wankel engine

2/2/2019 12:00:00 AM

Wankel is a rotary internal combustion (IC) engine. The engine has been considered in the air and car industries for its high power-to-weight ratios, as well as low-noise and intrinsic balance. Overheating of the rotor of this rotary engine is due to the rotor being located in a closed chamber; and direct contact with combustion gases can be mentioned from its defects solved by applying a cooling system. Two types of cooling systems are employed for the rotor, a cooling system with lubricating oil and a cooling system with air-fuel mixture. The rotor’s cool air system is very practical due to its low production costs and lack of additional weight on the engine. No research has so far focused on the cooling system of the Wankel engine’s rotor. Hence, in order to recognize the heat transfer behavior in the cooling system runners of the Wankel engine’s rotor, first the flow and heat transfer have been simulated inside a pipe that all of its geometric and functional parameters are in accordance with the cooling system runners of the rotor. Then, using the results obtained from this section, the cooling system of the Wankel motor’s rotor has been simulated by the ANSYS FLUENT Software and the Reynolds Stress Turbulence Model at the rotor’s maximum rotational velocity of 3000 rpm, with oscillating thermal boundary conditions. In addition, all the thermodynamic properties of the air fluid have been considered variable with temperature. The results of the first section indicate that increasing the rotational velocity, the rotation-axis distance from the pipe’s axis, the oscillation and the flow Reynolds number enhance the heat transfer. Nevertheless, by increasing the Reynolds number to more than 50,000, the heat transfer is not affected by the increased rotational velocity and the rotation-axis distance from the pipe’s axis, anymore. Moreover, the oscillation of the input flow for the average Reynolds numbers more than 15,000 relatively reduces the heat transfer compared to the stable condition. The simulation of the cooling system of Wankel engine’s rotor indicates that the constant thermal boundary condition can be used for the rotor's parts. It is also noteworthy that the Nusselt number is the average cooling system of the Wankel engine’s rotor in the range of 572 to 586, indicating the good efficiency and proper operation of this type of cooling system for the rotor. With obtaining the average temperature of the rotor in the range of 551 K, this value can be further used in the present study to develop the Wankel engine performance and the lubrication system of the output shaft, and proceed to develop this engine.