بررسي اثر فشار بر جريان چرخشي داخل سيلندر توسط دستگاه جريان مجهز به چرخش سنج به روش آزمايشگاهي و شبيه‌سازي عددي

Investigation on the effect of pressure on in-cylinder swirl flow by the flow rig which is an equipped swirl meter with experimental and numerical simulation methods

دستگاه آزمون جريان پايا ، ابزاري براي اندازه‌گيري سرعت جريان‌هاي چرخشي داخل سيلندر و ارزيابي عملكرد جريان در سر‌سيلندر (راهگاه‌هاي ورودي و خروجي)، منيفولد و كاربراتور در موتور‌هاي احتراق داخلي مي‌باشد. همچنين اين دستگاه، براي بررسي كنترل كيفيت بخش‌هاي مختلف توربين گاز نيز استفاده مي‌شود. در اين پژوهش، بررسي اثر فشار بر سرعت جريان چرخشي داخل سيلندر به وسيله‌ي دستگاه آزمون جريان پاياي مجهز به چرخش ‌سنج به دو روش آزمايشگاهي و شبيه سازي عددي مورد مطالعه قرار گرفته است. تكرارپذيري آزمايش‌ها و تحليل عدم قطعيت، براي اطمينان از صحت آزمايش‌هاي انجام شده است. شبيه سازي عددي به صورت سه بعدي و با استفاده از روش حجم محدود به كمك نرم‌افزار انسيس فلوئنت انجام شده است و براي شبيه‌سازي جريان اطراف چرخش ‌سنج از روش چارچوب مرجع چندگانه استفاده شده است. نتايج شبيه‌سازي تطابق خوبي را با نتايج تجربي نشان مي‌دهد و با توجه به محدوديت‌هاي دستگاه در شرايط عملكردي، با استفاده از اين شبيه سازي مي‌توان محدوده وسيع‌تري از شرايط عملكردي اين دستگاه را پيش بيني كرد. رابطه همبستگي ايجاد شده بين سرعت دوراني داده شده به چرخش سنج و گشتاور اعمال شده روي آن، از نوع خطي مي‌باشد. در اين پژوهش همچنين نشان داده شد، كه با افزايش اختلاف فشار، سرعت جريان چرخشي داخل سيلندر افزايش مي‌يابد و رابطه همبستگي ايجاد شده بين سرعت جريان چرخشي و اختلاف فشار را مي‌توان به وسيله يك تابع نمايي تقريب زد.

The steady flow test rig is a device for in-cylinder swirl and tumble flow velocity measurement, and the analysis of the flow performance of cylinder head (intake and exhaust ports), manifold and carburetor in internal combustion engines. The test rigs can also maintain quality control on parts for various gas turbine components. In this study we have investigated the effect of pressure on in-cylinder swirl flow velocity in the steady flow test rig which is an equipped swirl meter with experimental and numerical simulation methods. The repeatability of experiments and the uncertainty analysis are performed to ensure the quality of the measurements. Three dimensional numerical simulations are applied by using the finite volume method by the ANSYS Fluent software. The flow around the swirl meter is simulated by moving reference frame method. The simulation results show good agreement with experimental results and also, due to limitations of operating conditions of the rig this simulation approach can compensate the limitations of operating conditions of test rig. In this work it is shown that the correlation between given rotational speed to the swirl meter and torque applied on it, is a linear function of rotational speed. The study also showed that by increasing the pressure, in-cylinder swirl flow velocity increased and the created correlation between swirl flow velocity and pressure difference can be approximated by an exponential function.