19446

۱۹۴۴۶

تعيين شاخصه هاي انتقال حرارت و خنك كاري در يك موتور بنزيني ۱۶ سوپاپ پرخوران

كارشناسي ارشد

سيستم محركه

۹۴-۹۵

۱۳۹۷/۰۴/۱۹

دكتر محمد حسن شجاعي فرد

دكتر علي قاسميان مقدم

خودرو

دفع گرما در موتورهاي احتراق داخلي از اهميت بسيار بالايي برخوردار است؛ چرا كه دفع مطلوب گرما منجر به افزايش بازده موتور و همچنين طول عمر بيشتر قطعات آن مي¬شود. يكي از مهم¬ترين مباحث در ارتباط با انتقال حرارت در موتورهاي احتراق داخلي، مطالعه و شناخت ميزان شار حرارتي منتقل شده از سمت گازهاي داغ درون محفظه احتراق به سيستم خنك كننده است. هدف از اين پايان¬نامه، ارائه¬ي يك رابطه¬¬ي جديد براي محاسبه¬ي شار حرارتي در نقاط بحراني يك موتور چهارسيلندر شانزده سوپاپ پرخوران SI است. براي رسيدن به اين هدف، از روش شبه ابعادي در تحليل انتقال حرارت استفاده شده است. در اين روش ابتدا شرايط مرزي حرارتي و سيالاتي از جمله دما و ضريب انتقال حرارت جابجايي در دورهاي مختلف با شبيه¬سازي يك بعدي از فرآيندهاي داخل موتور مانند احتراق به كمك نرم افزار GT-POWER به¬دست مي¬آيد. سپس حل سيالاتي و حرارتي به صورت سه بعدي و با استفاده از روش انتقال حرارت يكپارچه (CHT ) در نرم افزار FLUENT براي استخراج پارامترهاي خنك‌كننده مانند سرعت، فشار، دما، ضريب انتقال حرارت جابجايي و شار حرارتي در همه نواحي موتور صورت مي¬گيرد تا در نهايت نقاط بحراني مشخص گردد. پس از صحت¬سنجي نتايج سرعت و فشار راهگاه خنك¬كننده با استفاده از نتايج آزمايشگاهي و استقلال از شبكه، دبي جرمي سيال خنك¬كننده متناسب با حداكثر دماي مجاز ديواره¬ي جامد در مجاورت سيال خنك¬كننده مشخص مي‌شود و همچنين ضريب انتقال حرارت جابجايي و شار حرارتي در نواحي حساس موتور به دست مي‌آيد. نتايج نشان داد كه پارامترهاي جرم سوخت تزريق شده به محفظه¬ احتراق و نسبت تراكم نقش مهمي در تعيين ميزان شار حرارتي عبوري از نقاط مختلف سرسيلندر ايفا مي‌كنند؛ به طوري كه افزايش جرم سوخت و همچنين افزايش نسبت تراكم، منجر به افزايش شار حرارتي مي‌گردد. بر اين اساس در نهايت رابطه اي براي تخمين شار حرارتي در نواحي مختلف سرسيلندر ارائه گرديد. واژه‌هاي كليدي: موتورهاي احتراق داخلي، انتقال حرارت، رابطه شار حرارتي، دبي سوخت، نسبت تراكم

1397/07/15

Determination of heat transfer and cooling parameters in a SI 16 valve turbocharged engine

10/7/2019 12:00:00 AM

Heat release has a significant role in internal combustion engine because optimum heat release can increase engine efficiency and lifetime of engine components. One of the most important issue related to heat transfer in internal combustion engines is investigating amount of heat flux transferred to engine coolant by hot combustion gases. The aim of this study is suggesting a new relationship for determination of heat flux at critical points of 4-cylinder 16-valves turbocharged SI engine. To achieve this goal, quasi-dimensional model is used for analyzing engine heat transfer. In the first step at this method, thermal boundary condition such as temperature and heat transfer coefficient in different periods is obtained by one-dimensional simulation using GT-POWER software. Then three-dimensional thermal solution within conjugated heat transfer (CHT) method is derived by FLUENT 18.1 software for obtaining parameters of coolant flow such as velocity, pressure, temperature, heat transfer coefficient and heat flux to identify the critical points. After validation of velocity and pressure of coolant in cooling passage with experimental results and investigating mesh independency, mass flow rate proportional with the maximum allowable temperature of solid wall along cooling jacket side is calculated. In addition, heat transfer coefficient and heat flux at critical points of engine are determined. It will be shown that parameters of fuel injected to combustion chamber and also compression ratio have important role for evaluating heat flux at different part of engine block and cylinder head in such a way that increasing fuel mass and compression ratio can result in heat flux rise. Finally, a relationship is proposed for estimating heat flux in different points of cylinder head. Keywords: internal combustion engines, heat transfer, thermal flux relation, fuel flow, compression ratio