تحليل بسامدي رفتار نوساني موج سيال در چندراهه ورودي موتور TU5

Frequency Analysis of Oscillating Behavior of Fluid Wave in TU5 Engine’s Intake Manifold

حركت نوساني سوپاپ ورودي در موتورهاي احتراق داخلي سبب ايجاد يك پديده ضرباني در سيال هوا درون چندراهه ورودي موتور مي شود. اين رفتارموجي تاثير مستقيمي روي بازدهي حجمي موتور و ديگر مشخصه هاي عملكردي آن مي گذارد و به همين علت از ديرباز بررسي ويژگي هاي اين موج از موضوعات جذاب براي محققان بوده است. در پژوهش پيش رو با استفاده از شبيه سازي يك بعدي موتور TU5، به بررسي رفتار سيال در يكي از لوله هاي اصلي چندراهه ورودي موتور پرداخته شده است. به منظور ارايه ي توصيفي كارامد از موج سيال در لوله، هدف اصلي پژوهش پيش رو پيداكردن بسامد غالب اين موجها بوده است كه در واقع بسامدي است كه بيشترين اندازه دامنه را دارد. بنابراين با استفاده از تكنيك برازش منحني، براي هر نمودار فشار-زمان، يك رابطه به فرم سري فوريه برازش شده است و سپس با ترسيم طيفهاي بسامدي هر سري فوريه، بسامد غالب مشخص شده است. بعداز بدست آوردن مقادير بسامد غالب براي تمامي دورموتورها رابطه نهايي كه نتيجه اصلي اين تحقيق مي باشد استخراج شده است. با استفاده از اين رابطه با دو ثابت β و α در بازه هاي متفاوت دور موتور، مي توان بدون انجام هيچگونه شبيه سازي كامپيوتري يا آزمايش، به آساني بسامد غالب و اصلي موج سيال درون لوله چندراهه ورودي را با خطايي كمتر از 2 درصد در دورموتورهاي مختلف از 1500 تا 6000 دور بر دقيقه محاسبه كرد. اين بسامدهامعيار مناسبي براي توصيف رفتار موجي سيال درون چندراهه ي ورودي مي باشند

Oscillating movement of intake valve in internal combustion engines causes development of a pulsatory phenomenon in air flow inside engine’s intake manifold. Studying the properties of this wave has been interesting for researchers in the past since this wavelike behavior has direct impact on engine’s volumetric efficiency and its other performance characteristics. In present work, fluid behavior in one of the main pipes of intake manifold has been studied by using a one-dimensional simulation of TU5 engine, and pressure magnitudes of output section in time have been derived for different engine speeds in full-load condition. Main scope of this research has been finding dominant frequencies of these waves which have the biggest amplitude in order to present a useful description from flow wave in pipe. Therefore, by using curve fitting technique, a relation with Fourier series form has been fitted for each pressure-time curve and then dominant frequency has been recognized with drawing frequency spectrum for each series. After obtaining these dominant frequencies for each engine speed, final correlation has been extracted. By using this function with two constants α and β in different engine speed intervals, dominant and main frequency of flow wave in a pipe inside intake manifold, can be easily calculated with less than 2% error in different speed engines from 1500 to 6000 rpm without any computational simulations or experimental tests. These frequencies are suitable criterion to describe flow’s wavelike behavior inside intake manifold.