فهرست مطالب

نشریه تحقیقات موتور
پیاپی 45 (زمستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/11/28
  • تعداد عناوین: 6
|
  • صادق جهان تیغی، امیره نوربخش، آرش محمدی صفحات 3-16
    انتقال حرارت یکی از مسائل مهم در طراحی موتورهای احتراق داخلی است، زیرا انتقال حرارت بر عملکرد، بازده و آلاینده های موتور تاثیر مستقیم دارد. بررسی انتقال حرارت در موتور احتراق داخلی نیاز به در نظر گرفتن پدیده جوشش راهگاه آب موتور است زیرا جوشش مادون سرد در نقاط داغ می تواند میزان انتقال حرارت را افزایش دهد. در کار حاضر شبیه سازی حرارتی همزمان راهگاه آب موتور، بلوک و سرسیلندر با استفاده از نرم افزار AVL-Fire انجام شده است. ابتدا اعتبارسنجی با استفاده از نتایج آزمایشگاهی جوشش در راهگاه استوانه ای و بکارگیری دو رابطه BDL و Chen انجام شده است. نتایج نشان داد که در دمای کاری موتور نتایج دو رابطه مشابه یکدیگر است، اما رابطه چن کمی به نتایج تجربی نزدیک تر است از این رو روش چن برای شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی موتور ملی استفاده شده است. نتایج سرعت، فشار و ضریب انتقال حرارت جابجایی در راهگاه آب و توزیع دما در بلوک و سرسیلندر نشان داده شده است. در انتها اثر خنک کاری دقیق با تغییر هندسه در اطراف دریچه های دود و شمع، روی توزیع دما در راهگاه آب، بلوک و سرسیلندر بررسی شده است.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت جوشش، موتور ملی، خنک کاری دقیق
  • محمد منصور محی الدین قمشه ای، محمد امین صالحی نژاد، آرش محمدی صفحات 17-28
    این پژوهش با هدف تعیین توزیع دما در چندراهه چدنی خروجی دود یک موتور بنزینی پرخوران به انجام رسیده است. بدین منظور ابتدا بر اساس روش تعامل سازه و سیال (FSI)، با انجام یک تحلیل حرارتی، توزیع دمای ایستا در گاز عبوری از مجموعه چندراهه و نیز در مجموعه چندراهه بکمک یک نرم افزار CFD شبیه سازی گردیده است. البته، شرایط مرزی دمایی قبلا با انجام آزمون دمایابی روی موتور تعیین شده است. سپس به منظور انجام آنالیز تنش حرارتی، ابتدا شرایط مرزی مکانیکی در یک مدل FEM غیر خطی از مجموعه چندراهه ساخته شده در محیط آباکوس، اعمال گردیده است. همچنین، توزیع دمای حاصل از تحلیل حرارتی، بصورت یک میدان دمای از پیش تعریف شده به مدل FEM نسبت داده شده است. دامنه تغییرات دمای چندراهه در ماژول خواص مواد وارد گردیده، بطوریکه نرم افزار خواص ماده را در هر نقطه مطابق با درجه حرارت آن نقطه تعیین و در محاسبات تنش حرارتی لحاظ می نماید. نهایتا با اجرای برنامه، توزیع تنش های حرارتی تعیین گردیده است. نتایج عددی حاصله نشان می دهند که محل همریختگاه چندراهه خروجی به لحاظ تنش های حرارتی بحرانی ترین ناحیه می باشد، و در نواحی اطراف اتصالات بیشترین تنش های برشی رخ می دهد.
    کلیدواژگان: چندراهه خروجی، روش FSI، تحلیل اجزاء محدود، خواص وابسته به دما
  • مرضیه حسین پور، حسن صدرنیا، برات قبادیان، محمد طبسی زاده صفحات 29-40
    بهینه سازی عملکرد موتور های دیزلی موضوع بیشتر پژوهشگران این زمینه در دهه های اخیر می باشد. یکی از ابزارهای موثر در حرکت به سمت بهینه سازی عملکرد سیستم های حرارتی تحلیل اگزرژی می باشد. در این تحقیق از مفهوم انرژی و اگزرژی برای ارزیابی عملکرد یک موتور اشتعال تراکمی با سوخت پیش آمیخته بنزین در بارهای مختلف و سرعت ثابت استفاده شده است. همچنین برای رسیدن به عملکرد مناسب موتور دیزل با استفاده از سوخت پیش آمیخته علاوه بر بررسی بازده قانون اول و دوم ترمودینامیک انتشار گازهای آلاینده نیز در نظر گرفته شده است. از نتایج این تحقیق مشخص می شود که بیشترین سهم انتقال اگزرژی مربوط به بازگشت ناپذیری ها و به طور متوسط 50% بوده و در بارهای بالا با استفاده از سوخت پیش آمیخته بنزین تخریب اگزرژی 5% کاهش می یابد. تلفات انرژی و اگزرژی بواسطه گازهای خروجی نیز با پیش آمیختگی بنزین در راهگاه تنفس به ترتیب 5/8 % و 5/16%، متوسط تمام بارها،کاهش خواهد یافت. استفاده از سوخت پیش آمیخته بنزین در تمام بارها می تواند سبب افزایش بازده انرژی و اگزرژی (ماکزیمم 8% در بالا) نسبت به حالت دیزل پایه گردد درحالیکه مقادیر آلاینده NOX را کاهش می دهد. همچنین مشخص گردید که دو آلاینده HC و CO در تمام بارها با سوخت پیش آمیخته افرایش خواهند یافت.
    کلیدواژگان: موتور دیزل، سوخت پیش آمیخته، انرژی، اگزرژی، گازهای خروجی
  • ایمان سهرابی اصل، مفید گرجی بندپی، علیرضا حاجی علی محمدی، سید مصطفی آقا میرسلیم صفحات 41-52
    در دهه اخیر ابتکار استفاده از محیط متخلخل در موتورهای احتراق داخلی جهت همگن کردن فرایند احتراق و کاهش سطح آلایندگی این موتورها، ارائه شده است. هدف از این پژوهش، بررسی مشخصه های کلان فواره سوخت دیزل در اثر برهم کنش با محیط متخلخل می باشد. میزان نفوذ فواره در دو حالت فواره آزاد و با حضور محیط متخلخل درون یک محفظه حجم ثابت و در فشارهای مختلف محفظه، با روش عددی بدست آمده و با نتایج تجربی موجود در ادبیات فن مقایسه شده است. برای پیش بینی افت فشار فواره در محیط متخلخل، چهار معادله تجربی برای بدست آوردن ضرایب افت گرانروی و افت لختی مورد مقایسه قرار گرفتند و بر اساس نتایج تجربی عمق نفوذ فواره، دقیق ترین رابطه معرفی می گردد. نتایج عددی بخوبی عمق نفوذ فواره را پس از گذر از محیط متخلخل پیش بینی می کند. اگرچه این رابطه ها برای سیال آب در جریان های سرعت کند توسعه یافته بودند ولی نتایج نشان می دهد که این روابط می تواند در جریان های سرعت تند نیز استفاده شود و دامنه کاربرد آنها گسترش یافته است.
    کلیدواژگان: فواره سوخت دیزل، محیط متخلخل، افت فشار، ضرایب افت گرانروی و لختی
  • امیر همایون مقدادی، وحید تنگستانی، بابک مهماندوست، سید عبدالله حسن دخت صفحات 53-62
    تولید و نشر آلاینده ها و افزایش مصرف سوخت توسط موتورهای احتراق داخلی در کلان شهرها یک چالش مهم تلقی می شود. یکی از موثرترین راه های کاهش نشر آلاینده ها و مصرف سوخت در فرایند احتراق، فراهم کردن شرایط لازم برای ایجاد احتراق همگن می باشد. استفاده از محیط متخلخل به منظور تشکیل مخلوط همگن سوخت و هوا در موتور احتراق داخلی مزایای زیادی از جمله کاهش قابل توجه آلاینده ها (HC، CO)، کاهش مصرف سوخت ویژه و افزایش راندمان را در پی دارد. در این مقاله نتایج حاصل از تست موتور چهار زمانه موتور سیکلت هوندا با توزیع سوخت غیر مستقیم و استفاده از محیط متخلخل در منیفولد ورودی ارائه شده است. میزان آلاینده ها، مصرف سوخت ویژه، گشتاور و توان خروجی موتور با استفاده از دستگاه لگام ترمزی و آنالیزر گاز بررسی و با عملکرد یک موتور مرسوم مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند که استفاده از محیط متخلخل تولید مونواکسید کربن و هیدروکربن های نسوخته را تا 70 % و مصرف سوخت ویژه را تا 27% کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: موتور احتراق داخلی، محیط متخلخل، احتراق همگن، آلاینده ها، مصرف سوخت
  • محمدحسین شفیعی میم، محمد آدینه بیگی، محمد مصطفی غفوریان صفحات 63-76
    افزایش توان، افزایش بازده و کاهش مصرف سوخت موتورهای احتراق داخلی هم به جهت صرفه جویی و هم به منظور کاهش آلاینده ها، کانون توجه تمامی خودروسازان می باشد. از همین رو بهره گیری از توربوشارژر، که با استفاده از انرژی گازهای خروجی به افزایش توان موتور در حجم ثابت کمک می کند، بطور گسترده در صنعت خودروسازی مورد توجه قرار گرفته است به طوری که مطالعه و بررسی عملکرد توربوشارژرها مورد علاقه صنعت خودرو می باشد. در کار حاضر تاثیرات تغییر زاویه پره های یک کمپرسور توربوشارژر بر عملکرد آن به کمک روش عددی مطالعه شده است. برای این منظور ابتدا هندسه ی پروانه و حلزونی کمپرسور توربوشارژر گرت T25 با استفاده از اسکن سه بعدی تعیین شده، و سپس در نرم افزار Ansys مدل می گردد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با افزایش و کاهش زاویه ی ورودی پره در لایه ی ریشه تغییر کمی در نسبت فشار کل کمپرسور مشاهده شد، در حالیکه افزایش این زاویه در لایه ی شرود به دلیل تاثیر بیشتر بر سرعت ها باعث افزایش انرژی انتقال داده شده به سیال می شود. با افزایش 9 درجه ای این زاویه در دبی جرمی kg/s 122/0، بازده ی آیزنتروپیک و نسبت فشار کل به ترتیب 67/1 و 7/1 درصد نسبت به کمپرسور اولیه افزایش می یابند. تغییر زاویه ی پرهی در خروجی بیشترین تاثیر را در عملکرد کمپرسور می گذارد با کاهش 9 درجه ای این زاویه در دبی جرمی kg/s 124/0 بازده ی آیزنتروپیک و نسبت فشار کل به ترتیب 12/1 و 43/3 درصد نسبت به کمپرسور اولیه افزایش می یابند. در نهایت با استفاده از زوایایی که در آن ها حداکثر بازده و نسبت فشار به ازای کمترین دبی جرمی، حاصل می شود، پروانه ای جدید طراحی گردید. نتایج حاصل از تحلیل کمپرسور نهایی نشان دهنده ی تغییر محدوده ی دبی جرمی کارکرد در مقایسه با کمپرسور اولیه می باشد. در دبی جرمی یکسان با کمپرسور اولیه، مقادیر متوسط بازده ی آیزنتروپیک و نسبت فشار کل کمپرسور نهایی به ترتیب 52/6 و 65/6 درصد و قدرت مصرفی کمپرسور 19/6 درصد افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: کمپرسور گریز از مرکز، پروانه، بررسی عددی، زاویه ی پره ها، مدل سازی جریان
|
  • S. Jahantighi, A. Nourbakhsh, A. Mohammadi Pages 3-16
    Heat transfer is one of an important issue in the design of internal combustion engines, because it has a direct influence on performance, efficiency and emissions of the engine. Investigation of heat transfer in IC engines needs consider to boiling phenomena in water jacket, because sub-cooled boiling in hot spot of engine increases heat transfer rate. In this paper, coupled heat-transfer simulation of cooling jacket, block and cylinder head with AVL-Fire software was carried out. First, validation with experimental data of boiling in cylindrical passage using two correlations BDL and Chen was down, which results showed in operating temperature of an engine two correlations have similar results, but Chen correlation has better results. Therefore, Chen correlation for computational fluid dynamics of national engine was used. Results of velocity, pressure and heat transfer coefficient in water jacket and temperature distribution in block and cylinder head were achieved. Finally, effect of precise cooling with geometry modification near exhaust valve seat and spark plug, on temperature distribution in water jacket, block and cylinder head have been investigated.
    Keywords: Boiling heat transfer, National engine, Precise cooling
  • M. A. Salehnejad, M. Mohieddin Ghomshei, A. Mohammadi Dizgoveini Pages 17-28
    This research work is directed toward determining the thermal stresses in a Ni-Resist cast iron commercial exhaust manifold of a turbo-charged gasoline engine. At first, based on a fluid-structure interaction (FSI) method, the steady state temperature distributions in the exhaust gas as well as in the exhaust manifold set are determined, using a CFD model. The thermal B.C.’s previously estimated by conducting a motor temperature detection test. Next, to conduct a thermal stress analysis, a full FEM model for the manifold set has been generated in the Abaqus software, and the mechanical B.C.’s are imposed in that. Also, the temperature distribution resulted from the thermal analysis imputed to the nonlinear FEM model as a predefined temperature field. Also, the range of temperature variations in the manifold is defined for the software material property module, so that Abaqus computes the material properties and stresses in each point according to the local temperature. Finally, executing the FEM model, the thermal stress distributions are computed. The numerical results show that the thermal stresses have the most critical values at the confluence region of the manifold, and maximum shear stresses occur around the bolted joints.
    Keywords: Exhaust manifold, FSI method, FEM analysis, Temperature dependent properties
  • Marziyeh Hoseinpour, Hassan Sadrnia, Barat Ghobadian, Mohammad Tabasizadeh Pages 29-40
    Performance optimization of diesel engines is the subject of most researchers in the field of internal combustion engine in recent decades. One of the the most effective ways toward optimizing the performance of heating systems is exergy analysis. In this study, energy and exergy concepts are applied to evaluate the performance of a compression ignition engine with premixed gasoline fuel at various loads and constant speed. To reach proper performance of diesel engine with premixed fuel, in addition to first and second-law efficiencies, exhaust emission characteristics are reviewed. The results of this study indicated that greater portion of exergy transfer was due to the irreversibility, averaged 50% while at high loads exergy destruction rate decreased to %5 by using premixed gasoline fuel. Also, energy and exergy losses through exhaust emissions with premixed fuel will be reduced to about %8.5 and %16/5 (averaged on all engine loads), respectively. The use of premixed fuel gasoline can increase energy and exergy efficiency (maximum 8% at high loads) at all loads while NOX pollutants will be reduced. It was also found that both HC and CO emissions with premixed gasoline fuel will be increased at all loads.
    Keywords: Diesel Engine, Premixed Fuel, Energy, Exergy, Exhaust Emission
  • I. Sohrabiasl, M. Gorji-Bandpy, A. Haji Alimohammadi, M. Mirsalim Pages 41-52
    The idea of using porous media in internal combustion engines is developed to achieve charge homogenization in recent decade. In this paper, the macroscopic characteristics of high pressure diesel spray has been studied in interaction with porous media. Spray penetration length has been obtained numerically in both free spray and porous media (PM) presence in a constant volume chamber under different ambient pressure conditions. Four empirical correlations in the literature has been compared to predict the spray pressure drop through the PM and obtained the viscous and inertia loss coefficients in the Forchheimer equation and then the most accurate correlation will be introduced based on the experimental results. The numerical results predict correctly the length of the spray penetration after passing through porous media. Although these correlations were developed for water in low Reynolds flows but the result indicates that the correlations can be used in high Reynolds streams and expanded scope of its applications.
    Keywords: Diesel Fuel Spray, Porous Media, Pressure Loss, Viscous, Inertia Loss Coefficients
  • Amir Homayoon Meghdadi, Vahid Tangestani, Babak Mehmandoust, Abdollah Hasandokht Pages 53-62
    Increased exhaust emissions and fuel consumption from internal combustion engines is a significant challenge in large cities. One of the most effective way to reduce pollutant emissions in combustion process, is providing the required conditions for homogeneous combustion. Using the porous medium for homogeneous combustion in internal combustion engines has important advantages such as decreasing air pollutions (HC, CO), decreasing the specific fuel consumption and increasing the specific fuel consumption. This paper presents the effect of using the porous medium in the intake manifold of a a four-Stroke Honda motorcycle engine with direct fuel distribution. Emissions, specific fuel consumption, engine torque and output power were measured and compared by the performance of the conventional engine. The results show that using the porous medium reduces production (HC,CO) and specific fuel consumption up to 70% and 27% respectively.
    Keywords: Internal combustion engine, Porous medium, Homogeneous combustion, emissions, fuel consumption
  • Dr Mohammad Hossein Shafiei Mayam, Mohammad Adine Beigi, Dr Mohammad Mustafa Ghafoorian Pages 63-76
    Power increase, efficiency improve and reduce of fuel consumption of internal combustion engines is a great technological interest. For this reason, turbochargers are widely used in the internal combustions engines nowadays. So, studying of the performance of turbochargers is focused in automotive industries. In the present paper, the effect of blades angle of a turbocharger compressor on its performance is studied numerically. First, the impeller geometry and volute geometry of Garrett T25 turbocharger compressor is acquired using 3D scanning, then it is modeled in CFX Ansys software. The results show that the performance of compressor is slightly changed when the blade angle is changed at the layer of hub inlet. On the other hand, the transferred energy to fluid is considerably increased when the blade angle is increased at the shroud. For the mass flow rate of 0.122 kg/s, the efficiency and total pressure ratio are increased up to 1.67 and 1.7 percent respectively when the blade angle is increased 9 degree at the shroud in comparison to the default compressor. The maximum impact on compressor performance is caused due to changing the angle of the outlet of blade. For mass flow rate of 0.124 kg/s, isentropic efficiency and total pressure ratio is increased 1.12 and 3.43 percents respectively when this angle is decreased 9 degree in comparison to the default compressor. Finally, a new impeller was designed in order to have maximum efficiency and maximum total pressure ratio using the acquired results. The results of the final compressor show a shifted of mass flow range in comparison to the main compressor. For the same mass flow rate, The mean values of isentropic efficiency and total pressure ratio of the final compressor are increased 6.52 and 6.65 percents respectively, while the input power is increased 6.19 percent related to the default compressor.
    Keywords: Centifuge compressor, Impeller, Numerical investigation, Blades angle, modeling of flow