تحليل تنش هاي حرارتي در منيفولد دودِ آب خنك يك موتور ديزلي

Thermal stresses analysis in a water-cooled exhaust manifold of a diesel engine

تنش هاي حرارتي در موتورهاي ديزلي موجب آسيب هاي جدي در قطعات حساس موتور از جمله منيفولد دود شده و ضروري است تا اين تنش هامورد بررسي قرار گيرند و از شرايط مناسب آن ها اطمينان حاصل شود. در اين تحقيق از روش المان محدود براي تحليل رفتار حرارتي مكانيكي منيفولد دود آب خنك موتور BMD900 استفاده شده است. ابتدا تحليل حرارتي براي شرايط مرزي پايه صورت گرفته و پس از تعيين توزيع دماي منيفولد، تحليل ترمو مكانيكي انجام شده است. به دليل وجود تنش هاي حرارتي بالا در برخي نقاط، اقدام به اصلاح موضعي هندسي مدل اصلي شده تا مقادير تنشها به طور قابل ملاحظه اي كاهش يابد. سپس اثر تغيير دما و ضريب انتقال حرارت گاز و آب خنك كن بر روي نتايج بررسي شد.اين بررسي نشان داد كه تغيير دماي گاز از حالت پايه (766درجه سانتيگراد) به 650 درجه سانتيگراد بيشترين تاثير را داشته، به طوري كه دماي منيفولد و كرنش پلاستيك موثر به ترتيب % 14/8و %53 كاهش و تنش موثر6/9% افزايش مي يابند. به طور كلي، با افزايش دما و ضريب انتقال حرارت گاز و يا با كاهش ضريب انتقال حرارت آب و افزايش دماي آن، دماي منيفولد افزايش يافته و تنش موثر كاهش مي يابد. در هرحال، تغيير دماي آب خنك كن تاثير كمتري بر روي نتايج مي گذارد. همچنين، نتايج به دست آمده به صورت كيفي با نتايج ارايه شده براي موتورهاي مشابه مقايسه و تطبيق خوبي مشاهده شده است.

Thermal stresses usually cause serious damages in components of diesel engines including exhaust manifold. Therefore, it is necessary to study these stresses to ensure achieving the acceptable conditions. In this research, finite element method is used to analysis the thermo-mechanical behavior of a BMD900 water-cooled exhaust manifold. Firstly, thermal analyse have been carried out with basic boundary conditions, and then, after obtaining temperature distribution for the manifold, thermo-mechanical solutions have been done. Because of high stress concentration in some points, some modifications are proposed to reduce the stress level significantly. The effects of exhaust gas and cooling water temperature and heat transfer coefficients have been investigated. It has been shown that changing the exhaust gas temperature from basic value of 766℃ to 650℃ has the major impact so that manifold temperature and its effective plastic strain are reduced 14.8% and %53 respectively; but, effective stress increases 6.9%. In general, by increasing temperature and heat transfer coefficient of the exhaust gas, or by reducing the heat transfer coefficient of coolant water and by increasing its temperature, the temperature of the manifold increases and effective stresses reduce. However, the change of coolant water temperature has the least effect on the results. The results are also compared quantitatively with those reported for similar engines and good agreement is observed.