تحليل انتقال گرما در چندراهة خروج دود موتور احتراق داخلي تراكمي

Heat Transfer Analysis of Exhaust Manifold in a CI Internal Combustion Engine

كارايي چندراهة خروج دود يك موتور احتراق داخلي تراكمي تحت تاثير متغيرهاي هندسي آن و متغيرهاي جريان دود درون آن مي­باشد. در اين پژوهش، ابتدا هندسة چندراهة خروج دود با خم 90درجه در مجراهاي آن مدل­سازي مي­شود. سپس تاثير قطر مخزن­ آرامش و مجراها بر مشخصه ­هاي­ جريان و انتقال ­گرما در چندراهة خروج دود شبيه­ سازي عددي مي­گردد. شبيه ­سازي­ها به روش المان محدود با نرم­افزار Comsol انجام مي­شود. بدين منظور پس از توليد شبكة مناسب با تعداد المان­ هاي كافي و با پراكندگي مناسب آنها در مدل، گسسته ­سازي معادلات ناوير-استوكس و انتقال گرما با دقت مرتبة دوم انجام مي­گردد. چون جريان دود درون چندراهة خروج دود آشفته مي­باشد، از مدل آشفتگي k-ε استاندارد استفاده مي­شود. پس از اعتبارسنجي شبيه ­سازي­ها با مقايسة نتايج با اطلاعات آزمايشگاهي موجود در ادبيات فن، نمودارهاي سرعت، فشار و عدد نوسلت ترسيم و تفسير مي­گردند. نتايج نشان مي­دهند كه با افزايش قطر مخزن آرامش و مجراها، سرعت جريان دود در خروجي چندراهة خروج دود كاهش و فشار پشت آن افزايش مي­يابد. عدد نوسلت نيز در خروجي چندراهة خروج دود با افزايش قطر مخزن آرامش و مجراها كاهش مي­يابد.

The efficiency of an exhaust manifold in a CI internal combustion engine is affected by its geometrical parameters and hot gases flow parameters. In this study, the geometry of an exhaust manifold with 〖90〗^° bend in its runners is modeled. The effects of plenum diameter and runner diameter on the flow and heat transfer characteristics are numerically simulated. The numerical simulations are done by the finite element method in the Comsol Multiphysics software package. After generating an appropriate grid having an appropriate number of elements distributed smoothly in the model, the Navier-Stokes and heat transfer equations are discretized by a second-order scheme. Since the flow in the exhaust manifold is turbulent, the standard k-ε turbulence model is applied. After validating the simulations via comparing the results with experimental data available in the literature, the diagrams of velocity, pressure, and Nusselt number are plotted and then interpreted. The results show that as the plenum diameter and runner diameter increase, the exhaust velocity of hot gases decreases and the backpressure increases while the Nusselt number at the outlet of the exhaust manifold decreases.