فهرست مطالب

مدل سازی در مهندسی - پیاپی 25 (تابستان 1390)

فصلنامه مدل سازی در مهندسی
پیاپی 25 (تابستان 1390)

  • تاریخ انتشار: 1390/06/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سعید جوان، سید وحید حسینی، سید شهاب الدین علویون صفحات 1-9
    دمای شمع می تواند بر عمر مفید شمع و کیفیت احتراق تاثیرگذار باشد. افزایش دما سبب افزایش رفتگی الکترودها و افزایش دهانه شمع می شود. لذا جهت افزایش عمر مفید شمع باید دمای آن در محدوه مجاز حفظ شود. یکی از روش های کاهش دمای شمع، استفاده از مواد با انتقال حرارت بیشتر است و قابلیت انتقال حرارت فلز مس می تواند در این زمینه موثر باشد. با توجه به وابستگی سایش الکترودهای پایه نیکل به دما، نیاز است تا تاثیر استفاده از هسته مسی بر کاهش دما در الکترودهای نیکلی مورد بررسی قرار گیرد. لذا در این تحقیق با استفاده از دو نوع شمع با ظرفیت حرارتی یکسان، به مطالعه تاثیر هسته مسی بر کاهش دمای الکترودها پرداخته شده است. بر اساس نتایج آزمون ها، استفاده از هسته مسی در الکترود منجر به کاهش دما شده است. به طوری که در هنگام کارکرد موتور با استفاده از گاز طبیعی در سرعت 2500 د.د.د، دمای الکترود منفی 115 درجه سانتیگراد کاهش یافته است. با افزایش سرعت موتور در حالت تمام بار، این اختلاف کاهش یافته و به 90 درجه سانتیگراد می رسد. لذا استفاده از هسته مسی منجر به کاهش 10 تا 15 درصدی دمای الکترود منفی خواهد شد که می تواند حدود 2 برابر سبب کاهش رفتگی الکترود شود.
    کلیدواژگان: شمع، الکترود، دما، هسته مسی، سایش
  • فاطمه جباری، سیف الله سعدالدین صفحات 11-19
    در این مطالعه، با استفاده از روش های تحلیلی و با توجه به مفاهیم انتقال حرارت تشعشعی و معادله تعادل انرژی در مرزها، میزان انتقال حرارت تشعشعی بین موتور و بدنه ی اتاق خودرو در حالت پایدار بررسی شده است. همچنین با توجه به اهمیت کاربرد سپرهای تشعشعی در شرایط مختلف، میزان انتقال حرارت، درصد کاهش انتقال حرارت، دما و ضریب صدور مربوط به هر یک از سطوح در حضور یک، دو و سه سپر تشعشعی نازک همراه با ضریب صدور وابسته به دما محاسبه شده است. از محاسبات انجام شده ملاحظه می شود که به کاربردن یک سپر تشعشعی همراه با ضریب صدور کمتر (تنگستن) می تواند بهتر از دو و حتی سه سپر تشعشعی با ضریب صدور بالاتر (سیلیکون کاربید) سبب کاهش انتقال حرارت شود. همچنین حالت بهینه برای ترکیب دو و سه سپر تشعشعی با جنس های متفاوت به دست آمده است.
    کلیدواژگان: سپر تشعشعی، انتقال حرارت تشعشعی، ضریب صدور وابسته به دما، موتور، بدنه ی اتاق خودرو
  • علیرضا حاجی علی محمدی، امیر عبدالله، سید مصطفی آقا میرسلیم، ایمان چیت ساز، مرتضی خلیلی، مهدی سلطانی صفحات 21-31
    در این مقاله از روش نوری شیلرین مبتنی بر عکسبرداری سریع برای اندازه گیری ویژگی های هندسی فواره تزریق مستقیم گاز استفاده شد. پارامترهای عمق نفوذ محوری و زاویه فواره در نسبت فشارهای 2، 3 و 4 و قطرهای سوراخ افشانه تک سوراخ نمونه سازی شده 4/0، 5/0 و 6/0 با استفاده از روش پردازش تصویر نرم افزاری و با تحلیل عکس های شیلرین فواره گذرای گاز هلیوم محاسبه شدند. روشی بر مبنای فیلتر گوسی برای لبه یابی تصاویر شیلرین ارائه شد. روش استانده J2715 SAE برای اندازه-گیری زاویه فواره مورد استفاده قرار گرفت و از معیار قطر معادل برای بی بعد سازی عمق نفوذ استفاده شد. نتایج تجربی به دست آمده نشان دادند که رابطه خطی بین عمق نفوذ بی بعد و زمان بی بعد وجود دارد و شیب این خط بین 3/2 تا 9/2 تغییر می کند. نتایج اندازه گیری زاویه نیز نشان دادند زاویه فواره با گذشت زمان از شروع تزریق کاهش می یابد و به مقدار ثابتی در انتهای تزریق می رسد. همچنین نتایج، ماهیت آماری فواره تزریق مستقیم گاز و ضرورت تکرار آزمون ها برای دستیابی به نتایج مطمئن تر را اثبات نمودند.
    کلیدواژگان: تزریق مستقیم، پردازش تصویر، افشانه، شیلرین، عمق نفوذ، فواره گاز
  • سیف الله سعدالدین، محمد همت اسفه *، محمد جواد نوروزی صفحات 33-46

    در این نوشتار به مدلسازی رادیاتور پرشده از نانو سیال و بررسی تغییرات الگوی جریان و عملکرد انتقال حرارت جابجایی ترکیبی درون آن پرداخته می شود. نانو سیال آب- اکسید آلومینیوم درون این رادیاتور، به عنوان سیال عامل در نظر گرفته شده است و ویسکوزیته دینامیکی و ضریب هدایت حرارتی بر طبق مدل های خواص متغیر جدید وابسته به قطر نانوذرات، غلظت آن ها، دما و... می باشد. دیواره سمت راست، سرد وسایر دیواره ها به صورت آدیاباتیک شبیه سازی گردیده است. از روش حجم محدود با سیستم شبکه جابجاشده برای حل عددی معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی استفاده شده و این معادلات با بهره گیری از یک کد کامپیوتری به زبان فرترن حل گردیده اند. اثرات پارامترهای بسیار مهمی مانند عدد ریچاردسون، کسر حجمی و ارتفاع مانع و محل استقرار آن درون رادیاتور، در رفتار حرارتی و جریان سیال درون رادیاتور مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج در قالب کانتورهای جریان و دما، همچنین نمودارهای ناسلت ارائه گردیده است. نتایج نشان می دهد با افزایش کسر حجمی نانوذرات و کاهش عدد ریچاردسون، انتقال حرارت درون محفظه افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: مدل سازی رادیاتور، نانو سیال، جابجایی ترکیبی، انتقال حرارت، کسر حجمی
  • رضا نیرومند، محمدحسن سعیدی صفحات 47-57
    این مقاله به تحلیل انرژی و اگزرژی سیستم تولید قدرت یک موتور دیزل دریایی kW2700 می پردازد. سیستم تولید قدرت شامل موتور دیزل، توربوشارژر، مدارخنک کاری دمابالا و دماپائین آب و مبدلهای حرارتی می باشد. درون خنک کن میانی، دمای هوای فشرده شده ی بعد از کمپرسور به وسیله ی مدار دمابالا ودماپائین سیستم خنک کاری پائین می آید. همچنین، روغن موتور درون مبدل روغن به کمک مدار دماپائین خنک می شود. تحلیل اگزرژی کمک می کند تا نقاط بحرانی که بیشترین بازگشت ناپذیری ها درآن رخ می دهد شناسایی شوند. نتایج این تحقیق می تواند به منظور بهبود عملکرد سیستم مورد استفاده قرار گیرد. نتایج بدست آمده نشان می دهد تخریب اگزرژی در موتور دیزل % 9/41 اگزرژی سوخت ورودی و % 9/86 کل تخریب اگزرژی سیستم را شامل می شود. با وجود اینکه خنک کن میانی و مبدل روغن % 18 اتلاف حرارتی سیستم را شامل می شوند ولی کمتر از % 8/1 از اگزرژی سوخت ورودی را هدر می دهند. همچنین درحالی که توربوشارژر نقشی در بالانس انرژی سیستم بازی نمی کند، موجب می شود % 5/4 از اگزرژی سوخت ورودی تخریب شود.
    کلیدواژگان: موتور دیزل دریایی، انرژی، اگزرژی، راندمان، بازگشت ناپذیری
  • ساسان قمی، فرهاد طالبی، سعید اسماعیلی اوغاز صفحه 57
    در این مقاله جریان مغشوش در سیکل موتورینگ (بدون احتراق) موتور احتراق داخلی شامل مکش، تراکم، انبساط و تخلیه به روش عددی با استفاده از نرم افزار منبع باز OpenFOAM تحلیل شده است. یک هندسه دو بعدی بکار گرفته شده است و مرز های متحرک در سوپاپها و پیستون به کمک یک شبکه دینامیکی مدلسازی شده است. سه روش تغییر توپولوژی یعنی افزودن/ حذف لایه های سلولی، شبکه های با مرز لغزنده و بالاخره اتصال و قطع متناوب مرزها به ترتیب در مدلسازی حرکت پیستون، حرکت سوپاپها در سیلندر و ارتباط مجرای ورودی و محفظه سیلندر استفاده شده است. مدل k- استانداردبرای جریان مغشوش بکار گرفته شده است و مسئله برای دو سرعت 1500 و 3000 دور بر دقیقه حل شده است. نمودار های سرعت و فشار لحظه ای نشان داده شده است. عدم تقارن جریان در مجرای تخلیه بخصوص در انتهای مرحله آشکار است. همچنین افزایش سرعت چرخش با افزودن سرعت موتور مشاهده می شود. استفاده از شبکه سازی دینامیکی مناسب امکان دستیابی به جزییاتی از جریان را فراهم ساخته است که بتوان شبیه سازی عددی را جایگزین روش های دشوار و پرهزینه آزمایشگاهی نمود.
    کلیدواژگان: روش عددی، جریان سرد، موتورهای احتراق داخلی، شبکه دینامیکی، تغییر توپولوژی
  • علی قاسمیان مقدم، علی کشاورز، مهدی کاظمی صفحه 67
    موتورهای احتراق داخلی موتورهای حرارتی هستند که انتقال حرارت نقش بسیار مهمی در عملکرد و بازده آن ها ایفا می کند. در یک موتور احتراق داخلی، سیستم خنک کاری مسئول دفع حرارت اضافی موتور است. سیستم خنک کاری یک موتور احتراق داخلی از اجزای زیادی تشکیل شده اند که راهگاه خنک کاری بلوک سیلندر و سرسیلندر یکی از آن هاست. در این مقاله تاثیرات طراحی جدید موقعیت ورودی و خروجی خنک کننده بر روی توزیع دمای بدنه ی موتور و توان پمپ مورد بررسی قرار می گیرد. معادلات جریانی و حرارتی به صورت عددی حل می شوند. پس از شبیه سازی و صحه گذاری جریان خنک کننده در راهگاه خنک کاری، تغییراتی در موقعیت ورودی خنک کننده در نظر گرفته می شود. نتایج به دست آمده نشان می دهد که اختلاف فشار و دبی جریان خنک کننده با در نظر گرفتن این تغییرات کاهش می یابد. ایده ی مطرح شده در این مقاله می تواند گام مهمی در راستای رسیدن به خنک کاری هوشمند موتورهای احتراق داخلی تلقی گردد.
    کلیدواژگان: موتور احتراق داخلی، راهگاه خنک کاری، توزیع دما، شبیه سازی عددی، خنک کاری هوشمند
|
  • Javan, Hosseini, Alaviyoun Pages 1-9
    Temperature of spark plug can effect on the lifetime and combustion quality. The electrode erosion and gap growth are consequence of temperature rise. The temperature of spark plug should maintain in allowable range to increase of lifetime. Utilization of materials that have better heat transfer is one of the useful methods to decrease electrode temperature. So، high heat transfer ability of cupper can be effective. Considering dependence of erosion of nickel electrodes to temperature، it is required to study effect of cupper core on decrease of temperature in electrodes. In the present effect of cupper core on electrode temperature is studied by two types of spark plugs that have same heat range. According to results، utilization of cupper core resulted to decrease of electrode temperature. So that electrode temperature is decreased 115 °C while engine operates by CNG at 2500 rpm under full load conditions. The difference decreases as engine speed increases at full load conditions until reaches 90 °C at 6000 rpm. Therefore cupper core will lead to 10-15% decrease in ground electrode temperature that can decline electrode erosion 2 times.
    Keywords: Spark plug, electrode, temperature, cupper core, Erosion
  • Jabbari, Sadodin Pages 11-19
    In this study، has been investigated the rate of heat transfer between engine and vehicle body room in steady state using analytical methods and the concept of net radiation heat transfer and energybalance equation at the boundaries. Also، calculated the net radiation heat transfer،percentage reduction in heat transfer، temperature and emissivity while there are one، two and three radiation shields with temperature- dependent emissivity. The findings reveal that،one radiation shield with lower emissivity can reduce the net heat transfer even better than two radiation shields with higher emissivity. Also، Is obtained an optimized for combination of two and three radiation shields with different materials.
    Keywords: Radiation Shield, Radiation Heat Transfer, Temperature, Dependent Emissivity, Engine, Vehicle Body Room
  • Hajialimohammadi, Abdullah, Mirsalim, Chitsaz, Khalili, Soltani Pages 21-31
    In this paper high speed Schlieren method was employed for measurement of the geometrical characteristics of transient gaseous jet. Axial jet penetration and its angle versus time were calculated in pressure ratios of 2، 3 and 4 and three different nozzle diameter of 0. 4، 0. 5 and 0. 6. using digital image processing method by analyzing of the Schlieren images of transient helium direct injection jet. For finding edges of Schlieren images the Gaussian filter was applied to images. The J2715 SAE standard was used as a criterion for angle determination. Equivalent diameter was used for non-dimensional analysis of the penetration. Experimental results prove linear dependency of non-dimensional penetration to non-dimensional time with slope of 2. 3-2. 9. angle measurement showed that jet angle would decrease after time passing from start of the injection and reaches to a constant value at the end of injection. The turbulent stochastic behavior of the jet arise need for repeating the experiments until achieving to acceptable results.
    Keywords: Direct Injection, Image Processing, Injector, Schlieren, Penetration Length, Gaseous Jet
  • Sadodin, Hemmat Esfe, Noroozi Pages 33-46

    In this article، the model of a radiator filled with nanofluid and variations in flow pattern and the heat transfer of mixed convection through it is investigated. Al2O3-water nanofluid is used as heat transfer fluid and dynamic viscosity and thermal conductivity according to new models of variable properties are dependent to the diameter of nanoparticles، concentration of nanoparticles، temperature and so on. The right wall of cavity is cold and other walls are adiabatic. Finite volume method is used for the numerical solution of the equations of continuity، momentum and energy، and these equations have been resolved using a FORTRAN computer code. The effect of the Richardson number، solid volume fraction of nanoparticle، height of heated obstacle and its position within radiator on fluid flow and heat transfer are studied. The results are present in streamlines and isotherms contours and also in Nusselt number plots. Results show that increasing solid volume fraction and decreasing Ri number leads to heat transfer increases.

    Keywords: Radiator Modeling, Nanofluid, Mixed Convection, Heat Transfer, Solid Volume Fraction
  • Niroomand, Saidi Pages 47-57
    This paper presents energy and exergy analysis of the power generation system of a 2700 kW marine diesel engine. The power generation system is consisted of diesel engine، turbocharger، high and low temperature water cooling system، and heat exchangers. Compressed air is passed through the compressor and is cooled using an intercooler by high and low temperature cooling system. In addition، oil temperature is lowered in the oil heat exchanger via the low temperature cooling system. Implementation of exergy analysis leads to identifying critical points with maximum entropy generation. Outcomes of this research can be used in order to improve performance characteristics of the system. Obtained results show that the exergy destruction in diesel engine is 41. 9 % of inlet fuel’s exergy and 86. 9 % of the total exergy of the system. Although 18 % of heat dissipation occurs at the intercooler and oil heat exchanger، they waste less than 1. 8 % of inlet fuel’s exergy. While the turbocharger plays no role in the energy balance of the system، it dissipates 4. 5% of inlet fuel’s exergy.
    Keywords: Marine Diesel Engine, Energy, Exergy, Efficiency, Irreversibility
  • Ghomi, Talebi, Esmaili Page 57
    In this article turbulent flow in a cycle of internal combustion engine has been analyzed by OpenFOAM software that the cycle consists of: suction،compression،expansion and exhaust. A two dimensional geometry has been used and moving boundries in valves and piston has been simulated by using the dynamic mesh. Three types of changing topology have been used that they consists of add or removal layers of cells for simulation of moving piston and sliding mesh for simulation of valves and attach or detach boundries for simulation of intake and exhaust ports. The k- standard model has been used for the turbulent flow and the Problem has been solved for two rotational speed 1500 and 3000 respectively. The contours of pressure and vector plots of velocity is showed. Asymmetry of flow in exhaust port at the end of the cycle is evident. Also swirl increases due to increasing of rotational speed. Using the dynamic mesh has caused achieving of flow’s details. So the numerical simulation could replace the difficult experimental methods.
    Keywords: Numerical Method, Cold Flow, Internal Combustion Engines, Dynamic Mesh, Changing Topology
  • Ghasemian Moghaddam, Keshavarz, Kazemi Page 67
    Internal Combustion Engines (ICE) are heat engines that heat transfer plays important role in their performance and efficiency. In an IC Engine، the cooling system is responsible to remove additional heat from the engine. The cooling system of an ICE consist of many parts that water jacket of the cylinder block and cylinder head of the engine is one of them. In this paper، the effect of redesigning of coolant inlet and outlet location on the temperature distribution of the engine body، engine coolant and water pump power is investigated. Both hydraulic and thermal governing equation is solved numerically. After the simulation and validation of the coolant flow in the water jacket، some changes in location of coolant inlet are considered. The obtained results show that both the pressure gradient and the flow rate of the coolant will reduce when the new inlet locations are used. It was showed that، the reduction of the pressure gradient and the flow rate، decreased the input power of the water pump and consequently increased the output power of the engine. The proposed idea in this paper can be used in the intelligent cooling systems of the internal combustion engines.
    Keywords: Internal Combustion Engine, Water Jacket, Temperature Distribution, Numerical Simulation, Intelligent Cooling