چكيده
چكيده
در اين پروژه ، هدف تحليل تنش حرارتي- مكانيكي روي پيستون موتور XU7 ميباشد . براي دستيابي به پارامترهاي احتراق با تقريبي دقيقتر، فرآيند احتراق داخل سيلندر را به حالت دوناحيه مدلسازي مي نماييم . هدف تعيين ضرايب انتقال حرارت جابجايي و دما، مربوط به هرناحيه ميباشد . از نرم افزار Matlab براي برنامه نويسي و مدلسازي شرايط كاري موتور ، ....... استفاده ميكنيم . در هر يك سيكلهاي كاري موتور ، با استفاده از مدل آناليز رهائي انرژي ، معادلات حاكم بر جريان را به منظور محاسبه دما و فشار لحظه اي داخل سيلندر بدست مي آوريم . يك مدل مقاومت ساده براي محاسبه دماي پيستون ارائه شده است . از آنجا كه مدل ، تابعي از هندسه موتور ، خواص مواد و پارامترهاي راه اندازي موتور ميباشد ، مدل را براي كاربرد در موتورهاي ديگر توانمند ميسازد . مدل
بخوبي دماي پيستون را تخمين زده و نسبت به تغيير پارامترهاي مؤثر موتور از قبيل زمان جرقه ، دماي روغن و سيال خنك كننده و سرعت موتور حساس ميباشد .
شرايط مرزي حرارتي گذراي پيستون از مدل شبكه مقاومت حرارتي محاسبه ميشود . درنهايت با حل يك دستگاه ماتريسx*x ميدان دماي پيستون را خواهيم يافت . در ادامه پيستون موتور XU7 در محيط نرم افزار Ansys مدلسازي و با اعمال شرايط مرزي خروجي از كد برنامه نويسي به حالت گذرا ، تنش معادل حرارتي- مكانيكي تحليل ميگردد .
فشار حاصل از احتراق گاز طبيعي حدود 85/17% كمتر از فشار حاصل از احتراق بنزين و در حدود 47/8% دماي حاصل از احتراق آن بالاتراز احتراق بنزين ميباشد . در عمل ، براي دستيابي به راندمان مطلوب ، جرقه را آوانس مي نمايند . آوانس جرقه سبب افزايش دما ميگردد . از آنجا كه فشار در دوحالت سوخت نزديك بهم قرار دارد ، لذا تنش مكانيكي وارده بر پيستون تفاوت چنداني نمي نمايد ، اما با افزايش دما و شرايط كاركرد داغ تر موتور ، تنش حرارتي بالاتري به نسبت سوخت بنزين بر پيستون اعمال ميگردد . لذا درصد وقوع ترك خستگي در حالت متان به نسبت بنزين بالاتر ميرود .
در ادامه از دو روش زير با هدف كاهش زمان و حجم محاسبات ، مسأله را بررسي نموديم :
1- آناليز حرارتي پيستون با شرايط مرزي بدنه ثابت در مقايسه با شرايط مرزي گذرا
2- مدلسازي و تحليل دوبعدي پيستون در مقايسه با حالت سه بعدي
در قدم اول از نمودارهاي مرتبط با ديواره سيلندر و سرسيلندر كه از شرايط مرزي گذرا محاسبه شده اند ، متوسط گيري نموده و مقادير Tcylinder head=375K , Tcylinder wall=350K را بصورت شرايط مرزي ثابت پيستون قرار ميدهيم . درنهايت با حل يك دستگاه ماتريس (n-2)*(n-2) ميدان دماي پيستون را در زمان كوتاهتري خواهيم يافت . ميزان اختلاف بين دو حالت شرايط مرزي، كوچك و در حدود 2-4% براي كليه قسمتهاي پيستون محاسبه شده است .
در قدم بعدي پيستون را براي تحليل حرارتي در وضعيت دوبعدي مدلسازي و سپس شرايط مرزي را جايگزين مينمائيم . با مقايسه ميدان دما بين مدل دوبعدي با سه بعدي ، به لحاظ عددي و كيفي اختلاف فاحشي بچشم نميخورد و تنها ميتوان چنين بيان نمود كه ، در مدل دوبعدي موقعيت مكاني توزيع دما در قسمتهاي مختلف پيستون واضح نميباشد ، با اين وجود زمان محاسبه و تعداد گره ها ، ماتريس شبكه و....كاهش چشمگيري مي يابد . در اين پروژه هدف نهايي بررسي تنش معادل حرارتي – مكانيكي پيستون ميباشد ، لذا مشخص بودن محل وقوع ماكزيمم تنش و نقاط بحراني ضروري بوده و در نتيجه مدلسازي به فرم سه بعدي لازم ميباشد .
اين عمليات براي موتور XU7 كاري جديد است.
كلمات كليدي : انتقال حرارت ، احتراق دو ناحيه ، آناليز رهائي انرژي ، پيستون ، سوخت جايگزين
