شبيه‌سازي عددي يك رادياتور فشرده با پره‌هاي دندانه‌اي

Numerical Simulation of a Compact Radiator with Offset Strip Fins

امروزه شبيه‌سازي‌هاي رايانه‌اي از جايگاه ويژه‌اي در بررسي عملكرد سيستم‌هاي حرارتي برخوردار شده‌ است. دراين مقاله رادياتور سيستم خنك‌كاري موتور ديزل لكوموتيو ايران سفير شبيه‌سازي مي‌شود. اين رادياتور از آرايش موازي و سري چند مبدل حرارتي فشرده با پره‌هاي دندانه‌اي، تشكيل شده است و داراي دو بخش دما بالا و دما پايين است. با توجه به پيچيدگي و فشردگي صفحات انتقال حرارت به‌كار‌رفته در رادياتور، شبيه‌سازي در دو مرحله انجام شده است. در بخش اول رابطه‌‌اي براي ضريب انتقال حرارت سمت هوا و سمت سيال خنك‌كننده به كمك ديناميك سيالات محاسباتي هم‌بسته‌سازي مي‌شود. باتوجه به وقوع پديده‌ ريزش گردابه‌ها در آرايش دندانه‌اي پره‌ها، معادلات حاكم به‌صورت گذرا، در فضاي دوبعدي حل شده است. گام زماني مناسب براي حل گذرا باتوجه به مدت زمان جدايش گردابه‌ها از سطح انتخاب مي‌شود. در بخش دوم با استفاده از كد محاسباتي كه توسعه داده مي‌شود، عملكرد حرارتي كلي رادياتور به‌عنوان يك مبدل حرارتي شبيه‌سازي مي‌شود. در اينجا توزيع دما درون رادياتور و عملكرد حرارتي رادياتور مورد بررسي قرار مي‌گيرد. ميزان حرارت دفع‌شده از رادياتور در دبي‌هاي مختلف جريان سيال و همچنين دماهاي سيال خروجي از رادياتور از جمله خروجي‌هاي كد توسعه داده شده است. در‌نهايت به كمك نتايج استخراج شده، منحني‌ عملكرد حرارتي رادياتور به‌دست مي‌آيد.

Nowadays, computer simulations are becoming more and more important in performance investigation of thermal systems. In this article, radiator from a cooling system of a diesel engine of ER24PC locomotive is simulated. The radiator is composed of parallel and series arrangement of compact heat exchangers with offset strip fins. It also has two high and low temperature sections. Due to the complexity and compactness of heat transfer plates implemented in the radiator, the simulation is carried out in two steps. First, a relation for coolant-side and air-side heat transfer coefficient is correlated using computational fluid dynamics. Due to vortex shedding phenomenon in the staggered fin arrays, governing equations are solved transiently in two-dimensional space. Appropriate timestep for the transient solution is chosen according to time period of vortex shedding from the surface. In the second step, using the developed computational code, the overall thermal performance of the radiator is simulated as a heat exchanger. Consequently, temperature distribution inside the radiator and its thermal performance are studied. Amount of heat released from the radiator in different flow rates and temperatures of fluid flowing out of the radiator are among the outputs of the developed code. Finally, thermal performance curve of radiator is obtained.