26575

بررسي استفاده از نانوذرات در سديم سوپاپ‌هاي دود موتورهاي احتراق‌داخلي به منظور بهبود انتقال‌حرارت

كارشناسي ارشد

مهندسي خودرو، گرايش قواي محركه

1398

1400/12/18

دكتر علي قاسميان مقدم

مهندسي خودرو

سوپاپ‌هاي دود موتورهاي احتراق‌داخلي، به ويژه در موتورهاي توربوشارژشده (پرخوران‌شده)، تحتِ بار حرارتي شديدي قرار دارند كه براي دفع سريع‌تر و بيشتر حرارت از سر سوپاپ، سوپاپ را توخالي مي‌سازند و فلز سديم با رسانش حرارتي بالا، درون آن قرار مي‌دهند كه در شرايط كاري موتور به صورت سيالِ مايع مي‌باشد. در اين پژوهش، مسئله فراتر رفته و از ذرات مس درون محفظه‌ي سوپاپ استفاده مي‌شود كه رسانش آن از سديم نيز بيشتر مي‌باشد. هدف از انجام اين پژوهش آن است كه پس از اضافه‌شدن ذرات مسي به سديم و هواي درون محفظه، انتقال‌حرارت چگونه تشديد يا تخفيف مي‌يابد. براي تحليل مسئله مي‌توان از دو روش استفاده نمود؛ 1_ رويكرد اويلري-فضايي به همراه مدل مخلوط ناهمگن و 2_ رويكرد لاگرانژي-ذره‌اي. درحالتي كه درون محفظه، سديم و هوا قرار دارد از رويكرد اويلري و به تبع آن، معادلات محيط پيوسته يا نوير- استوكس به همراه روش حجم سيال براي تفكيك فاز استفاده مي‌شود. براي اضافه‌شدن ذرات مس درون محيط سديم و هوا، از مدل مخلوط ناهمگن بر اساس معادلات ماكسول و انيشتين استفاده مي‌شود. محاسبات با استفاده از روش اول (رويكرد اويلري-فضايي به همراه مدل مخلوط ناهمگن) در مدل چندفاز و بخش حجم سيال در نرم‌افزار فلوئنت19.2 انجام مي‌گيرد. ذرات مس با درصدهاي حجمي 1،2،3و4 درصد به محيط سديم و هوا افزوده مي‌شود تا تغييرات اندازه‌ي انتقال‌حرارت رسانشي در راستاي ساق سوپاپ مورد بررسي قرار گيرد. در بررسي نقش ذرات مس در انتقال‌حرارت، مشخص گرديد كه دو خاصيت افزايش رسانش و افزايش لزجت مخالف يكديگر عمل نموده به طوري كه اثرات افزايش درصد حجمي ذرات تا آستانه‌اي كه وابسته به هندسه، شرايط مرزي و خواص سيالات درون محفظه است، مي‌تواند رسانش را تقويت نمايد؛ به اين شكل كه با يك درصد حجمي ذرات مس، رسانش در راستاي ساق سوپاپ تا حدود 5.8 درصد افزايش مي‌يابد ولي با افزايش بيشتر درصد حجمي ذرات، اثرات لزجت، باعث كندي حركت ماده و در پي آن كاهش انتقال‌حرارت خواهد گرديد. بنابراين رعايت حد بهينه‌اي كه برايند دو عامل رسانش و لزجت را در تشديد انتقال‌حرارت مطلوب سازد، ضروري مي‌باشد.

1401/03/18

investigation of using nanoparticles in sodium of internal combustion engines exhaust valves to improve heat transfer

3/9/2023 12:00:00 AM

Internal combustion engines exhaust valves, especially in turbocharged engines, are subjected to enhanced thermal load so that to remove heat faster and more from valve head, valve is manufactured hollow and sodium with high thermal conductivity is put in valve so that it is liquid in engine operation condition. In this research, problem goes far beyond and copper particles are used in valve cavity that its conductivity is more than sodium. Aim of doing this research is to know how heat transfer is enhanced or weakened after adding copper particles to sodium and air in the cavity. Two methods can be used to analyze the problem; 1.Eulerian-spatial approach with heterogeneous mixture model and 2.Lagrangian-particle approach. When there are sodium and air in the cavity, Eulerian approach and consequently continuum medium equations or Navier-Stokes equations with volume of fluid method for phase separation, are used. To adding copper particle to sodium and air medium, according to Maxwell and Einstein equations, heterogeneous mixture model is applied. Calculations are performed by first method (Eulerian-spatial approach with heterogeneous mixture model) in multiphase model and volume of fluid part of Ansys Fluent 19.2 software. Copper particle are added to sodium and air by 1,2,3 and 4 percent volume fraction to investigate change of conduction heat transfer magnitude in direction of valve stem. To investigate role of copper particle in heat transfer, it was revealed that increasing conductivity and increasing viscosity act opposite each other, such that increasing particle volume fraction can enhance conduction to a threshold that depend on geometry, boundary condition and fluid properties; in such a way that one percent volume fraction increase conduction in valve stem direction to about 5.8 percent but with a further increase in particle volume fraction, viscosity effects, cause slowing down the material movement and therefore decreasing heat transfer. Therefore regarding optimum limit is necessary that make desirable the conductivity and viscosity resultant in heat transfer enhancement.

صادق شاه بالا

دكتر علي قاسميان مقدم