تحليل حرارتي و سيالاتي چند راهه دود موتور ديزل با در نظر گرفتن پديده جوشش و مقايسه با نتايج تجربي

Thermal Analysis for Diesel Engine Exhaust Manifold with Regard to the Boiling Phenomenon and Compared with Experimental Results

چندراهه دود همراه با سيستم خنك كاري به طور گسترده در موتورهاي ديزل كه در آ نها از توربوشارژر بهره مي‌گيرند، استفاده مي‌شود. راهكار مناسب براي بررسي چگونگي عملكرد و عبور سيال درون چندراهه، بهره‌گيري از قوانين ديناميك سيالات محاسباتي است. بر اين اساس پس از طراحي سه بعدي بدنه چندراهه و ايجاد شبكه‌بندي مناسب، با استفاده از ديدگاه جريان‌هاي چند فازي و با به كار بردن روش جداسازي RPI براي جوشش مادون سرد در فشار پايين، اقدام به شبيه سازي اثرات عبور جريان سيال درون چندراهه شده است. به منظور اعتبارسنجي روش مورد استفاده براي فرآيند جوشش، مقايسه نتايج به دست آمده با نتايج تجربي مورد بررسي قرار مي‌گيرد. اطلاعات اين پژوهش شامل توزيع دما، فشار، شيوه‌ي عبور جريان‌هاي داخلي و كسر حجمي بخار ايجاد شده درون چندراهه مي‌باشد. نتايج حاكي از آن است كه در ورودي و خروجي چندراهه، تمركز دمايي بالايي وجود دارد و در نظر گرفتن پديده‌ي جوشش نسبت به فرض جريان تك فاز، سبب كاهش حداكثر دماي اين نواحي شده است. فشار وارده به چندراهه بيشتر از سوي گازهاي احتراقي است و فشار وارده از سوي سيال خنك كن در مقابل آن قابل چشم‌پوشي است. با تحليل نتايج، دو ناحيه به عنوان مكان‌هايي بحراني از نظر تمركز دمايي معرفي شدند كه تطابق محل ترك ايجاد شده در نمونه ي اصلي با يكي از اين نواحي، نشان دهنده صحت و كيفيت نتايج به دست آمده است.

Exhaust manifold with the cooling system is widely used in diesel engines which use turbocharger. The Appropriate solution to check how fluid passing through the manifold, is using the computational fluid dynamics laws. According to this, after 3D modeling of the manifold’s body and make the appropriate meshing, using multiphase flows laws and Rensselaer Polytechnic Institute separation method for sub-cooled boiling at low pressure, the effects of fluid flow within the manifold have been simulated. In order to validate the method used for boiling, matching the results with the experimental results is performed. The information in this study includes the distribution of temperature, pressure, flow through the interior geometry and amount of vapor volume fraction that is created in the manifold. The results showed that in the inlet and outlet of manifold, there is a high temperature focus and consideration of boiling phenomenon instead of single-phase flow assumption, reduced the maximum temperature of these areas. The pressure which is applied to Manifold is caused by the combustion gases and the pressure of the cooling fluid is negligible in comparison with that. By analyzing the result, two critical areas of temperature focus were introduced and adaptation of cracks in the original sample with one of these areas, is indicating the accuracy and quality of the obtained results.