19979

۱۹۹۷۹

استخراج رابطه ضريب افت خم منيفولد ورودي موتور TU5 با مشخصات جريان از طريق شبيه‌سازي سه‌بعدي جريان تراكم‌پذير

كارشناسي ارشد

سيستم محركه

۹۴-۹۷

۱۳۹۷/۸/۲

دكتر اميرحسن كاكايي

خودرو

از بخش‌هاي مهم موتور كه افت فشار در آنها تاثير مستقيمي روي بازده حجمي و عملكرد موتور دارد، منيفولدهاي ورودي و خروجي هستند. در شبيه‌سازي‌هاي معمول يك‌بعدي، افت فشار ايجادشده باضريب افت Kp به سرعت متوسط سيال عبوري ربط داده مي‌شود. براي اين ضريب معمولا از يك عدد ثابت كه از طريق آزمايشهاي پيچيده براي يك شرايط مشخص استخراج مي‌شود، استفاده مي‌گردد. البته در بهبودهاي نرم‌افزاري اخير، به دليل اهميت اين ضريب و نتيجه آن در شبيه‌سازي موتور، امكان كوپل كردن نرم‌افزارهاي سه‌بعدي به نرم‌افزار يك‌بعدي براي تعيين اثر اين قطعات در عملكرد موتور تعبيه شده است كه البته به علت ماهيت سه‌بعدي و آزمون و خطا در حل مسئله كوپل، هزينه محاسبات بسيار بالا مي‌رود. اما يك راه مياني با صرفه‌تر، انجام محاسبات سه‌بعدي مناسب به‌صورت غيركوپل براي منيفولد مد نظر براي حالتهاي مختلف جريان و جايگزيني يك رابطه جبري به جاي عدد ثابت در شبيه‌سازي يك بعدي مي‌باشد. در پژوهش پيش‌رو با درنظرگرفتن تمامي جوانب يك شبيه‌سازي سه‌بعدي، شش روش حل عددي مختلف مورد بررسي قرار گرفته و سپس با اجراي اين شبيه‌سازي‌ها روي چهار هندسه مختلف در نرم‌افزار ANSYS Fluent و مقايسه مقادير ضريب افت در حالت سيال تراكم‌ناپذير (آب) با ضرايب افت آزمايش ميلر مورد اعتبارسنجي قرار گرفته‌اند تا روشي كه دقيق‌ترين و پايدارترين حل را ارائه مي‌دهد شناسايي شود. سپس با اعمال فرض تراكم‌پذيري با انتخاب سيال عامل هوا با چگالي متغير در شبيه‌سازي، تاثير اين موضوع در مقادير ضرايب اصلاحي رينولدز ميلر هندسه لوله خم درون سيستم ورودي هواي موتور TU5 مورد بررسي قرار گرفته و سپس با استفاده از جعبه ابزار برازش منحني نرم‌افزار MATLAB يك رابطه جديد براي محاسبه اين ضرايب متناسب با مشخصات هندسي خم و فيزيكي جريان استخراج شده‌است. در بخش نهايي با اجراي شبيه‌سازي يك‌بعدي مدل موتور پايه معتبر در نرم‌افزار GT-POWER سرعت ورودي لوله خم موردنظر در دورموتورهاي مختلف استخراج شده و در شبيه‌سازي سه‌بعدي به عنوان شرايط مرزي جديد مورد استفاده قرار گرفته‌است. با اجراي اين شبيه‌سازي‌ها مشخص شد كه ضرايب افت در شرايط جريان نوساني بايد به دو قسمت جريان روبه‌جلو و جريان‌رو‌به‌عقب تفكيك شوند. اين مقادير در رينولدزهاي بالا مقداري بسيار كم و در رينولدزهاي كم مقداري بسياري بزرگ دارند.

1397/11/06

Extracting TU5 Engine’s Inlet Manifold Bend’s Loss Coefficient Correlation In Terms Of Flow Characteristics by 3D Transient Simulation of Compressible Flow

10/24/2018 12:00:00 AM

One of the most important parts in engine that pressure loss in them has direct effect on volumetric efficiency and engine performance is intake manifold. In usual 1D simulations, the created pressure loss is related to mean velocity of passing fluid by Pressure Loss Coefficient (Kp). Usually a constant value which has been extracted by complicated experiments in a specified situation is being used for this coefficient. Nevertheless with recent software developments, because of the importance of this coefficient and its effect on engine simulation, feasibility of coupling 3D simulation software with 1D simulation software for determining effect of these parts in engine performance have been considered but because of 3D and trial and error nature in solving couple problem, simulation costs rise dramatically. However, a more efficient way is doing appropriate 3D calculations uncouple for a chosen manifold in different flow specifications and replacing an algebraic relation instead of a constant value in 1D simulation code. In present research, after investigating all 3D simulation aspects, six different numerical solutions have been checked and then after implementing these simulations on four different geometries in ANSYS Fluent and have been validated with comparing loss coefficient values of incompressible fluid (water) with Miller loss coefficient values to discover the solution with the most accurate and stable results. Afterwards, with applying compressibility assumption by choosing air with changing density as fluid in simulation, the effect of this concept in a chosen bend in TU5 engine’s intake manifold system Miller’s Reynolds correction coefficients have been investigated and then with utilizing MATLAB curve fitting toolbox, a new correlation for calculating these coefficients proportional to bend’s geometric specifications and flow’s physical properties has been extracted. In final part with running 1D simulation of validated base engine utilizing GT-POWER, chosen bend’s inlet velocity has been extracted and have been imported to 3D simulation as a new inlet boundary condition. It has been revealed that loss coefficient values in fluctuating flow must be categorized into two different parts: Forward and Backward. These values are dramatically low in high Reynolds and high in low Reynolds.