11 صفحه word |فونت tahoma سایز 12| قابل اجرا در آفیس 2007 و نسخه های جدیدتر|قابل ویرایش و آماده چاپ

بخشی از تحقیق

انتقال حرارت داخل سیلندر در مرحله تراکم و احتراق :

معادلات انتقال حرارت که به کار برده می شوند بر مبنای اصول نیوتونی می باشند ، بر این اساس چگالی شار حرارتی دیواره از ضریب انتقال حرارت و اختلاف دمای مؤثر بین گاز و دیواره سرچشمه می گیرد . این معادلات که ضرایب انتقال حرارت را بیان می کنند می توانند به دو گروه بی بعد و بعد دار تقسیم شوند .

روشهای بهتری برای بیان ضرایب انتقال حرارت با در نظر گرفتن آنالوژی رینولدز پیشنهاد شده اند . این روابط شامل ترکیب تمام پارامترهای که هرکدام اثر طبیعی چیزی را بر روی اعداد بی بعد  مشخص می کنند ، تشکیل شده است . این چنین معادلاتی روابط بالا دمای گذرا و جریان حرارت گذرا را در هر مکن از دیواره محفظه احتراق مشخص می کنند . قسمت متغیر دما و شار حرارتی سریعاً به صورت اکسپونانشیلی با میزان عمق دیواره (X) کاهش پیدا می کنند .

ثابتهای Ai و Bi و C2 ؟؟؟ می توانند شرایط مرزی مشخص شوند . برای x = o ، معادله 3 منحنی دما را در سطح دیواره محفظه احتراق می دهد . در نتیجه ضرایب Ai و Bi با داشتن شرایط مرزی از روی اندازه گیری از طریق سنسور مشخص می شوند .

ثابت C ، در نهایت ، مطابق با قسمت ثابت جریان حرارت از میان دیواره محفظه احتراق می باشد . و می تواند از طریق تکنیک های اندازه گیری مشخص شود ، مثلاً از طریق سنسور جریان حرارتی ، یا با اندازه گیری دما در محلی که فاصله آن از سطح محفظه احتراق معلوم می باشد . اما جریان حرارتی غیر گذرا ، از طریق دمای گاز که توسط تحلیل منحنی فشار قبلاً محاسبه شده بود ، مشخص می شود ، با این فرض که جریان حرارتی در جایی که دمای دیواره و گاز یکسان است نداریم .

دو نوع سنسور برای اندازه گیری دما استفاده می شوند :

1 =  سنسورهای اندازه گیرنده دما سطح

2 =  سنسورهای فیلم مقاومت حرارتی نازک .

شکل 9 نتایج آزمایشات از طریق سنسورها را نشان می دهد . به سبب نشان دادن تأثیرات دینامیکی ، اندازه گیری در دور rpm100 تا rpm1000 انجام شده است . که مطابق با دور 400 تا 4000 در موتورهای 4 زمانه است . سنسورها نتایج بسیار خوبی را در تطابق با مقادیر مطلق نشان می دهند .

مقایسه روابط انتقال حرارتی :

مطالب زیر آزمایشات انتقال حرارت بر روی دو موتور مختلف را ( موتور SI و DI دیزل ) بیان می کند . تست ها شامل اندازه گیری شار حرارتی دیواره در چند موقعیت اندازه گیری بر روی سر سیلندر می باشد ، که از روش دمای سطح استفاده شده :

موتور آزمایشی : تست ها بر روی موتورهای زیر انجام شده است :

• موتور بنزینی 4 سوپاپه ( موتور –  Ford Zetec 8/1 )
• موتور دیزل تزریق مستقیم ، خنک شونده با هوا ( MWM )

جدول زیر اطلاعات تکنیکی دو موتور را لیست کرده است .

جدول 3 ) مشخصات تکنیکی موتورهای مورد آزمایش :

جدول

موقعیت سنسور فشار و موقعیت های اندازه گیرنده ها در موتور SI در شکل 10 و آنهایی که مربوط به موتور دیزل هستند در شکل 11 نشان داده شده است . از سنسورهای فیلم مقاومت دمایی برای مشخص کردن شار حرارتی در دیواره استفاده کرده اند .

بر مبنای روش ارائه شده توسط NuBelt می باشد . برای مثال Huber/ woschni ، Hohenberg ، Bargende ، در این معادلات سرعت متوسط پیستون به عنوان سرعت مؤثر برای مشخص کردن Rc استفاده شده . رابطه زیر مربوط به Woskhri/huber ؟؟؟ می باشد .

( فرمول )

مدل های محاسبه انتقال حرارت در سمت گاز در موتور IC بر اساس اصول فیزیکی ، به عنوان چاره ای برای روشهای نیوتونی پیشنهاد شده بود . مانند مدلهایی که توسط pfriem و elser در ارائه شده و بر اساس محاسبات سیکل موتور واقعی می باشد . در سال 1993 Kleinschmidt روشنی را ارائه داد که بر مبنای حل معادلات دیفرانسیل جزعی بود . و بیان کننده فرایندهای فیزیکی بود .

حل زمانی انتقال حرارت : شکل 12 چگالی شار حرارتی دیوار را که از طریق اندازه گیری بدست آمده با نتایج دیگر که از محاسبات سیکل موتور بدست آمده مقایسه می کند.

شکل 13 نتایج را برای موتور دیزل نشان می دهد . در اینجا منحنی اطلاعات آزمایشی مربوط به چگالی شار حرارتی دیواره است که از اندازه گیری در موقعیت های خاص بدست آمده است . روابط انتقال حرارت ارائه شده توسط Woschni/Huber و Hohenberg و Bargende و Kleinschmidt در اینجا برای مقایسه به کار برده شده است . شکل (12)

این امر واضح است که اندازه گیری ها در هنگام عملکرد موتور انتقال حرارت نامتقارن را در نقطه مرگ بالا برای هر دو نوع موتور نشان می دهد . این نتایج می تواند با استفاده از رابطه انتقال حرارت ارائه شده توسط kleinschmidt نیز بدست آید . رابطه Bargende نیز منحنی نامتقارن در درجات پائین تر ایجاد می کند . به سبب اصولی که روابط woschni و Hohenberg بر مبنای آنها است . این روابط منحنی های متقارنی ایجاد می کنند . میدان نوسانات فشارهای حرارتی به طور قابل ملاحظه ای تغییر می کند .

عملیات انفجار در محفظه احتراق نتایج مختلفی را ایجاد می کند که وابسته به سرعت ، بار و نوع موتور می باشد و رسم منحنی نتایج را غیر ممکن می سازد .

فقط می توان به این نکته اشاره کرد که به نظر می رسد رابطه Kleinschmidt  نرخ پائین تری از احتراق راتولید می کند وقتی که در مورد موتور دیزل استفاده می شود .

میانگین زمانی انتقال حرارت و حرارت کل آزاد شده :

میانگین زمانی انتقال حرارت : میانگین زمانی انتقال حرارت به دیواره محفظه احتراق به عنوان مقدار ورودی برای محاسبات ( FEM ) مقاومت اجزاء امری مهم است . تفاوت در میانگین انتقال حرارت از روابط انتقال حرارتی مختلف نتیجه می شود برای موتور SI در شکل 14 نشان داده شده است . و برای موتور دیزل در شکل 15 نشان داده شده است . اشکال خاص نشان دهنده مقادیر مبنی برای روابط Bargende , Hohenberg و Kleinschmidt هستند که به صورت درصد نسبت به محاسبات بر مبنای روابط woschin می باشند . این امر باعث می شود که تفاوت حقیقی بین روابط انتقال حرارت را بدون اینکه نتایج تحت تأثیر اندازه گیری مجهولات باشد ، نشان داد . شکل 14-15-16.

نمودارها نشان می دهند که تفاوت در شار حرارتی میانگین تقریباً از %50 – تا %30 + می باشد . بخصوص در قسمتهایی که مربوط به بارهای زیاد می شوند ، رنج انحراف به طور تقریبی از 20- تا % 30 + می باشد . که دقت نامناسبی برای دوام محاسبات می باشد.

حرارت کل آزاد شده همانطور که در شکل 16 و 17 نشان داده شده است ، شرایط متنابهی بر محاسبه عملکرد احتراق حاکم می باشد مجموع حرارت آزاد شده ( با حل قانون اول ترمودینامیک برای محفظه احتراق ) در دیاگرام ها که مربوط به نتایج بدست آمده بوسیله ؟؟؟ است نشان داده شده است . به علت سهم پائین حرارت دیواره در انرژی کلی بارهای زیاد و سرعتهای بالا انحرافات کم تر هستند . در سرعتهای و پارهای پائین ، انحرافات به طور تقریبی بالاتر از %15 هستند انتقال حرارت تعویض گاز –  در جریان ورودی همان طور که مثال زده شد ، انتقال حرارت در منفذهای ورودی بخصوص در محفظه احتراق در طول مرحله ورود گاز به صورت زیاد تعویض گاز و عملکرد موتور را تحت تأثیر قرار می دهد . آزمایشات انجام شده برای بدست آوردن کمیات شرایط حرارت در زیر شرح داده شده .

انتقال حرارت در سیستم ورودی : بر مبنای معادلات Zapf می باشد . تست ها بر روی چند موتور که ورودی های آنها طرح ها و شکل های مختلفی دارد انجام شده است . که شامل اندازه گیری بر روی جریان ثابت ، teststand ، و در طول مدت عملکرد واقعی موتور بوده است . مبنای محاسبات تعیین ضرایب انتقال حرارت در طول تست های جریان پایدار بالانس حرارتی و اندازه گیری همزمان شارهای حرارتی منطقه ای می باشد.