فهرست مطالب

تحقیقات موتور - پیاپی 71 (تابستان 1402)

نشریه تحقیقات موتور
پیاپی 71 (تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/07/03
  • تعداد عناوین: 6
|
  • بهرام وزیری، محمد آزادی*، مجتبی بیگلری، سید نوید مدنی صفحات 1-21
    موتور استرلینگ یک موتور برونسوز است که کار مکانیکی را به برق تبدیل می کند. موتور استرلینگ برای کار کردن نیاز به سیال عامل دارد و معمولا از هوا، هلیوم، هیدروژن، نیتروژن و غیره استفاده می شود. در میان سیال عامل های نام برده شده فقط هوا رایگان است اما متاسفانه نسبت به سیال عامل های دیگر توان و بازدهی ضعیف تری دارد، پیش بینی می شود با ترکیب دو سیال عامل مانند هوا و هلیوم بتوان با هزینه کمتر توان و بازدهی مورد نظر دریافت کرد. اما برای بررسی این موضوع نیاز است تا به تحلیل حساسیت متغیرهای مختلف ورودی بر روی متغیرهای خروجی پرداخته شود. از این رو در این مطالعه به بررسی مدل ترمودینامیک غیرایده ال پرداخته است و نتایج الگوی ارائه شده با آزمایش تجربی صحه ‏گذاری می شود. سپس با کمک نرم افزار دیزاین اکسپرت، 1260 آزمون طراحی شده و درنهایت، تاثیر تغییرات متغیرهای ورودی مانند سرعت، فشار تزریق گاز، دما و درصد هلیوم بر روی متغیرهای خروجی مانند توان، بازدهی، اتلاف حرارتی و هزینه بررسی شد. در ادامه مشخص شد هزینه فقط تابعی از فشار تزریق گاز و مقدار درصد ترکیب سیال ها است. همچنین نتایج نشان دادند که با افزایش دما، فشار، سرعت و درصد هلیم، توان بترتیب 189 درصد، 178 درصد، 82 درصد و 54 درصد افزایش می یابد. با افزایش دما، سرعت و فشار، بازدهی بترتیب 42 درصد افزایش، 23 درصد کاهش و 17 درصد کاهش می یابد. با افزایش دما، سرعت و فشار، اتلاف حرارتی بترتیب 85 درصد، 71 درصد و 357 درصد افزایش داشت.
    کلیدواژگان: موتور استرلینگ، تحلیل حساسیت، توان، بازدهی، اتلاف حرارتی، هزینه سیال عامل
  • حجت عاشوری* صفحات 22-36
    چندراهه دود به ‏علت هندسه پیچیده و شرایط بارگذاری یکی از چالش برانگیزترین قطعات موتورهای احتراق داخلی است. این قطعه باید نوسانات چرخه‏ های ترمومکانیکی را در طول عمر خود تحمل کند. بنابراین شبیه‏ سازی و تحلیل ترک های خستگی ضروری است. در این پژوهش، تحلیل عمر خستگی کم ‏چرخه چندراهه دود با استفاده از روش اجزای محدود و نرم افزار آباکوس به منظور پیش بینی دما و تنش و سپس عمر خستگی کم‏ چرخه با استفاده از نظریه اسمیت- واتسون- تاپر و نرم افزار FE-SAFE انجام شده است. از ترکیب الگوی سخت ‏شوندگی غیرخطی همگن-سینماتیک چابوچه با قانون تنش لزجت به منظور در نظر گرفتن اثر لزجت استفاده شده است. خواص مکانیکی چدن نرم سیلیسیم-مولیبدن با استفاده از آزمون‏ های خستگی کم ‏چرخه در دماهای مختلف بدست آمده است. نتایج تحلیل اجزای محدود نشان داد که بیشینه دما و تنش در چندراهه دود 757.7 درجه سانتیگراد و 395.2 مگاپاسکال است و موقعیت آن در ناحیه همریختگاه است. نتایج تحلیل عمر خستگی نشان داد که در نظر نگرفتن اثر کشسان لزج دائمی (کلد) باعث می‏ شود که تعداد چرخه‏ های گسیختگی 619 چرخه‏‏ یا حدود 5.7 درصد بیشتر از مقدار مجاز تخمین زده شود. بنابراین لازم است اثر کلد در تحلیل عمر خستگی کم ‏چرخه چندراهه دود در نظر گرفته شود. نتایج تحلیل عمر خستگی نشان داد که حداقل عمر خستگی کم‏ چرخه چندراهه دود در ناحیه بحرانی همریختگاه رخ می‏ دهد. برای بررسی صحت نتایج تحلیل ترمومکانیکی و عمر خستگی کم‏ چرخه، نتایج شبیه ‏سازی شده با نمونه واقعی چندراهه دود آسیب دیده مقایسه گردید و نشان داده شد که نواحی بحرانی، مطابقت مناسبی با نواحی گسیختگی در نمونه واقعی دارد.
    کلیدواژگان: چندراهه دود، تحلیل اجزای محدود، عمر خستگی کم‏چرخه، اثر کشسان لزج دائمی (کلد)
  • علیرضا اسدی، محمد آزادی*، محمد حسین خالصی، سید اشکان موسویان صفحات 37-65
    اهمیت تاثیر اقلیم جغرافیایی بر متغیرهای عملکردی خودروها، انجام مطالعات و پژوهش های جامعی را در این زمینه ایجاب می کند، به ویژه در کشور ایران که تنوع شرایط اقلیمی در آن کاملا مشهود است. امتیازات عاملی هر یک از مولفه های تاثیرگذار در تعیین اقلیم، کشور ایران را به چهار دسته اقلیمی تقسیم بندی می کند، که عبارتند از: (1) خشک، (2) مرطوب پربارش، (3) نیمه مرطوب نیمه خشک و (4) مرطوب کم بارش. لذا در این تحقیق، تاثیر اقلیم جغرافیایی بر مشخصه های داده های آماری و چرخه رانندگی، مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، چهار شهر اراک (نیمه خشک تا نیمه مرطوب)، تهران (خشک)، اهواز (مرطوب کم بارش) و رشت (مرطوب پر بارش)، به عنوان نماینده اقلیم خود انتخاب شدند. سپس با کاهش ابعاد داده ها از 12 به 2 مشخصه داده آماری، با استفاده از تحلیل حساسیت و در ادامه با خوشه بندی داده ها به روش میانگین کی، و استخراج چرخه های رانندگی هر شهر تحت شرایط اقلیمی متفاوت، تاثیر اقلیم جغرافیایی بر مشخصه های داده های آماری و چرخه های رانندگی بررسی شد، و همچنین داده های شهر رشت در روزهای بارانی و غیر بارانی از یکدیگر تفکیک و بررسی شد که در نتایج بررسی ها مشاهده شد شرایط اقلیمی می تواند تاثیرات قابل توجهی بر روی میانگین سرعت رانندگی (حدود 21%)، مدت زمان سفر (حدود 18%) و همچنین میانگین سرعت سفر (حدود 22%) و توقف خودرو (حدود 84%) داشته باشد. در نتیجه می توان بیان کرد که اقلیم جغرافیایی یکی از تاثیرگذارترین عوامل بر چرخه های رانندگی است.
    کلیدواژگان: اقلیم جغرافیایی، شرایط آب و هوایی، مشخصه های آماری، چرخه رانندگی، روش میانگین کی، خوشه بندی
  • بهمن رحمتی نژاد*، حسین رحیمی آسیابرکی، فرزین عظیم پور شیشوان، محمد علی مهتدی بناب صفحات 66-79
    در این تحقیق تحلیل تجربی اثر استفاده از نانوسیال اکسید آلومینیوم (Al2O3) در بهبود انتقال گرمای مبدل گرمایی موتور XU7 با تجهیزات کامل سامانه خنک‏ کاری انجام گرفت. آزمون‏ ها در سه حالت آب خالص؛ آب و اتیلن گلیکول (60:40) و در نهایت با نانوسیال اکسید آلومینیوم با کسرهای حجمی 1% و 2% و شار های 10، 21 و 32 لیتر بر دقیقه، در دو دور کند و تند فن خنک کننده انجام شد. نتایج بررسی ها نشان داد ازدیاد کسر حجمی نانوذرات به سیال پایه سبب افزایش ضریب انتقال حرارت همرفتی تا شار 21 لیتر بر دقیقه شده و بعدازآن این ضریب کاهش می یابد. با اضافه کردن 2% حجمی نانوذرات به سیال پایه در دور تند فن خنک کننده به ترتیب برای شار های 10، 21 و 32 لیتر بر دقیقه، شاهد افزایش تقریبی 3%، 20% و 16% ضریب انتقال حرارت همرفتی نسبت به سیال پایه هستیم. افت فشار در مبدل با کسر حجمی 1% و 2% نسبت به سیال پایه در شار ثابت 30 لیتر بر دقیقه به ترتیب 22% و 40.8% محاسبه شد.
    کلیدواژگان: نانوسیال اکسید آلومینیوم (Al2O3)، نانوذرات، نانوسیال، ضریب انتقال حرارت، موتور XU7
  • محمد کامیاب، علیرضا حاجی علی محمدی*، سجاد مطلبی، علی جدلی صفحات 80-98
    بدنه موتور با استوانه چدنی یکپارچه یک طرح کارآمد و مفید در کاهش وزن موتور، کاهش زمان و هزینه ماشینکاری و رفع آلاینده ‏های ناشی از بکارگیری چدن است. هدف از این مقاله تحقیق در مورد مسائل و چالش ‏های پیشرو در فرایند ساخت این محصول است. مهم‎ ترین مسائل در ساخت محصول بی عیب، قدرت پیوند بین استوانه چدنی و بدنه آلومینیومی است که وظیفه انتقال حرارت بین این دو جزء را دارد. در این مقاله تنها بر روی استحکام پیوند مکانیکی بین استوانه چدنی و بدنه آلومینیومی بحث می شود. برای احقاق این هدف تدابیری اندیشه شده شامل بکارگیری روش‏ های متفاوت پوشش دهی، پوشش هایی از مواد مختلف و استفاده از الگوهای متفاوت نظیر شیاردار و سطح متخلخل ریخته‏ گری در سطح خارجی استوانه برای ایجاد پیوند مکانیکی مطمئن در برابر نیروهای وارده ناشی از حرکات سنبه‏ و اختلاف در انبساط جزء، آلومینیومی و چدنی حین کارکرد موتور است. این مطالعه نشان می دهد که چگونه استوانه با سطح خارجی متخلخل با پوشش روی با روش غوطه‏ وری در مذاب با توجه به نیروی پیوند 320 نیوتونی که بیشتر از سایر نمونه ها است کیفیت اتصال بهتری نسبت به سایر طرح های آزمایش شده ایجاد می کند، همچنین با توجه به آزمون مایع نافذ معین شد که در نمونه پوشش داده شده با عنصر روی، مقدار ضخامت و طول شکاف‏ های مشاهده شده کمتر از سایرین است.
    کلیدواژگان: استوانه چدنی یکپارچه، اتصال مکانیکی، استحکام اتصال، پوشش، الگوی سطح خارجی
  • عرفان خسرویان* صفحات 99-117

    انتقال حرارت عامل مهم و تاثیرگذار در طراحی موتورهای احتراق داخلی است. پیش بینی دقیق انتقال حرارت برای طراحی سامانه خنک‏ کاری موتورهای احتراق داخلی تاثیر بسزایی دارد. لذا شبیه سازی موتورهای احتراق داخلی به منظور تحلیل حرارتی آن ها با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی به همراه شبیه سازی جوشش انجام می پذیرد. در این مقاله، بررسی جریان جوشش زیرخنک شده آب خالص در یک آبراه کوچک و وابستگی آن به متغیرهای مختلف مانند فشار کاری، شار حرارتی، شار جرمی. و دمای زیر سرد سیال ورودی مورد توجه است. شبیه سازی های عددی با استفاده از الگو های متقارن محوری انجام شده و تاثیر اندازه های شبکه های مختلف بر دقت نتایج مورد بررسی قرار گرفت. قطر جداسازی حباب نیز مطالعه شد و وابستگی آن با فشار، شار گرما، شار جرمی و دمای زیر خنک کننده ورودی تحلیل شد. در نهایت، یک پایگاه داده از نتایج شبیه سازی تولید شده و الگو های پیش بینی برای دینامیک حباب با استفاده از روش های یادگیری دستگاه ارائه شد.

    کلیدواژگان: جوشش جریانی، شبیه سازی عددی، دینامیک حباب، روش یادگیری دستگاه، شبکه عصبی مصنوعی
|
  • Bahram Vaziri, Mohammad Azadi *, Mojtaba Biglari, Seyed Navid Madani Pages 1-21
    The Stirling engine is a combustion engine that converts mechanical work into electricity. Stirling engine needs a working fluid to work and usually, air, helium, hydrogen, nitrogen, etc. are used. Among the mentioned operating fluids, only air is free, but unfortunately, it has lower power and efficiency compared to other working fluids. It is expected that the desired power and efficiency can be obtained at a lower cost by combining two working fluids such as air and helium. However, to check this issue, it is needed to analyze the sensitivity of different input parameters on the outputs. Therefore, in this study, the non-ideal thermodynamic model was investigated, and the results of the presented model were validated by experiments, and then with the help of Design Expert software, 1260 designs were considered. Finally, the effect of changes in input parameters such as the speed, gas injection pressure, temperature, and helium percentage on outputs such as power, efficiency, heat loss, and cost were investigated. It was found that the cost was only a function of the gas injection pressure and the percentage of the fluid composition. Moreover, the results showed that with the increase of the temperature, pressure, speed, and percentage of helium, the power increased by 189%, 178%, 82%, and 54%, respectively. With increasing the temperature, speed, and pressure, efficiency increased by 42%, decreased by 23%, and decreased by 17%, respectively. With the increase in the temperature, speed, and pressure, the heat loss increased by 85%, 71%, and 357%, respectively.
    Keywords: Stirling engine, Sensitivity analysis, power, Efficiency, Heat loss, Working Fluid Cost
  • Hojjat Ashouri * Pages 22-36
    Due to the complex geometry and loading conditions, exhaust manifolds are the most challenging components among all parts of internal combustion engines. They must withstand severe cyclic thermo-mechanical loading throughout their lifetime. Thus, simulation and analysis of fatigue cracks are essential. In this paper, low cycle fatigue (LCF) life analysis of the exhaust manifold is performed by using the finite element method and ABAQUS software to predict the temperature and stresses and then LCF life by using Smith-Watson-Topper theory and FE-SAFE software. Mechanical properties of silicon-molybdenum ductile cast irons obtained by LCF tests at different temperatures. The combination of the Chaboche nonlinear isotropic-kinematic hardening model with viscous stress law is used to consider the effect of viscosity. The results of finite element analysis (FEA) showed that the maximum temperature and stress values in the exhaust manifold are 757.7 °C and 395.2 MPa and the position is at the confluence region. According to the fatigue life analysis results, neglecting the elastoviscoplastic effect caused an estimation of 619 cycles or about 5.7% higher than the limit. Therefore, it is necessary to consider the elastoviscoplastic effect in the analysis of the low cycle fatigue life of the exhaust manifold. The results of the fatigue life analysis showed that the minimum LCF life of the exhaust manifold occurs in the confluence area. Thermo-mechanical analysis and LCF life results are compared with experimentally damaged exhaust manifolds to evaluate the results appropriately. It has been shown that the critical identified area match well with the area of failure in the experimental sample.
    Keywords: exhaust manifold, finite element analysis, Low cycle fatigue life, Elastoviscoplastic Effect
  • Alireza Asadi, Mohammad Azadi *, Mohammad Hossein Khalesi, Seyed Ashkan Moosavian Pages 37-65
    The importance of the effect of geographic climate on the performance parameters of cars requires comprehensive studies and research in this field, especially in Iran, where the diversity of climatic conditions is clearly evident. The factor scores of each of the influential components in determining the climate divide Iran into four climatic categories, which are: (1) dry, (2) humid with heavy rainfall, (3) semi-humid, semi-dry and (4) humid with little rainfall. Therefore, in this research, the effect of geographic climate on the characteristics of statistical data and driving cycle has been investigated. For this purpose, four cities of Arak (semi-arid to semi-humid), Tehran (dry), Ahvaz (humid with low rainfall) and Rasht (humid with high rainfall) were selected as representatives of their climate. Then, by reducing the dimensions of the data from 12 to 2 statistical data characteristics, using PCA analysis, and then by clustering the data using the chemical mean method, and extracting the driving cycles of each city under different climatic conditions, the effect of the geographic climate on the characteristics of the statistical data and the driving cycles of the case was investigated, and also the data of the city of Rasht on rainy and non-rainy days were separated and analyzed, and in the results of the investigations, it was observed that climatic conditions can have significant effects on the average driving speed (about 21 percent), travel time ( about 18 percent) as well as average travel speed (about 22 percent) and car stopping percentage (about 84.4 percent). As a result, it can be said that geographical climate is one of the most influential factors on driving cycles.
    Keywords: Geographical climate, weather conditions, statistical characteristics, Driving Cycle, K-means, Clustering
  • Bahman Rahmatinejad *, Hossein Rahimi Asiabaraki, Farzin Azimpour Shishevan, Mohammad Ali Mohtadi Bonab Pages 66-79
    In this research, an experimental analysis of the effect of using aluminum oxide nanofluid (Al2O3) in improving the heat transfer of the engine radiator (XU7) with complete cooling system equipment was done. Tests in three pure water conditions; water and ethylene glycol (60:40) and finally with aluminum oxide nanofluid (Al2O3) with volume fractions of 1% and 2% and flow rates of 10, 21, and 32 liters per minute, in two slow and fast cycles. The cooling fan is done. The results showed that increasing the volume fraction of nanoparticles to the base fluid increases the heat transfer coefficient up to a flow rate of 21 liters per minute, and after that this coefficient decreases. By adding 2 percent by volume of nanoparticles to the base fluid at high fan speed, for flow rates of 10, 21, and 32 Lit/min, respectively, we see an approximate increase of 3%, 20%, and 16% in the displacement heat transfer coefficient compared to the base fluid. The pressure drop of the radiator with a volume fraction of 1 and 2% compared to the base fluid at a constant flow rate of 30 liters per minute was calculated as 22% and 40.8%, respectively.
    Keywords: Al2O3, nanoparticles, nanofluid, Heat transfer coefficient, XU7 engine
  • Mohamad Kamyab, Alireza Hajialimohammadi *, Sajad Motalebi, Ali Jadali Pages 80-98
    Cast-in liner cylinder block, a crankcase with an integrated cast iron cylinder into the cylinder block, is an efficient and useful design in reducing the weight of the engine, reducing the time and cost of machining, and eliminating the environmental emission caused by the use of cast iron. The purpose of this article is to investigate the issues and challenges in the manufacturing process of this product. The most important issue in making an appropriated product is the bonding strength between the cast iron cylinder and the aluminum body, which is responsible for heat transfer between these two components. In this article, only the mechanical strength between the cast iron cylinder and the aluminum body is discussed. To achieve this goal, measures have been devised including the use of different coating methods, coating with different materials, and using different patterns such as grooves and porous casting surface (as cast) on the external surface of the cylinder to create a reliable and mechanical connection against the incoming forces caused by the piston movements and the difference is in the expansion of aluminum and cast iron components during engine operation. This study shows how a cylinder with a porous outer surface coated with zinc by melt immersion method produces a better bond quality than other tested designs concerning the bonding force of 320 N which is higher than other samples, also considering the Penetration liquid test determined that the thickness and length of cracks observed in the sample coated with zinc element is less than others.
    Keywords: Cast-in Liner, Mechanical Bonding, Bonding Strenght, Coating, External Surface Pattern
  • Erfan Khosravian* Pages 99-117

    Heat transfer is an important and influential factor in the design of internal combustion engines. Accurate prediction of heat transfer has a great impact on the design of cooling systems of internal combustion engines. The simulation of internal combustion engines for their thermal analysis is done using computational fluid dynamics along with boiling simulation. This article investigates the subcooled boiling flow of pure water in a small channel and its dependence on different parameters such as working pressure, heat flux, and mass flux. The subcooling temperature of the inlet fluid is of interest. Numerical simulations were performed using axisymmetric models and the effect of different grid sizes on the accuracy of the results was investigated. The bubble separation diameter was also studied and its relationship with pressure, heat flux, mass flux, and temperature under the inlet coolant was analyzed. Finally, a database of generated simulation results and predictive models for bubble dynamics using machine learning algorithms were presented.

    Keywords: Flow Boiling, Numerical Simulation, Bubble Dynamics, Machine Learning Algorithm, Artificial Neural Network