شبيه‌سازي عددي رفتار حرارتي و هيدروديناميكي مخلوط روغن و هوا در كوپلينگ‌هاي هيدروليكي

Numerical Simulation of Thermal and Hydrodynamic Behavior of Mixtures of Air and Oil in Hydraulic Coupling

امروزه در صنايع نيروگاهي جهت انتقال قدرت الكتروموتور به پمپ‌ها و فن‌ها، غالباً از كوپلينگ‌هاي هيدروليكي مي‌شود. با اين وجود به‌دليل حبس روغن در فضاي كوپلينگ و كاركرد مداوم، اين روغن خواص خود را از دست مي‌دهد كه منجر به از كارافتادگي زودهنگام كوپلينگ مي‌گردد. درنتيجه با تحليل رفتار ترموهيدروديناميكي كوپلينگ و استفاده از يك سيستم خنك‌كاري مناسب، تا حد زيادي مي‌توان اين مشكل را به‌تاخير انداخت. لذا در اين مقاله رفتار ترموهيدروديناميكي مخلوط روغن و هوا در يك كوپلينگ هيدروليكي نيروگاهي، به دليل هندسه سه‌بعدي و پيچيده بودن جريان، توسط نرم‌افزار Fluent شبيه‌سازي مي‌شود. هدف از اين مطالعه شناسايي محل وقوع جريان‌هاي ثانويه و چرخشي كه بيشترين نقش در توليد گرما را دارند و تعيين نواحي از سيال و بدنه كوپلينگ با دماي زياد مي‌باشد. در اين شبيه‌سازي، جريان سيال عامل درون كوپلينگ در حالت سه‌بعدي، دوفازي و مغشوش مورد بررسي قرار مي‌گيرد. ميدان سرعت و دماي درون سيال و توزيع دما روي بدنه كوپلينگ محاسبه و مورد تحليل قرار مي‌گيرد. نتايج اين شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه بيشترين دما در محل قطر بيروني توربين كوپلينگ ايجاد مي‌شود، افزايش فاصله چرخ‌ها باعث افزايش 65 كيلوواتي تلفات تواني و افزايش دماي متوسط عملكردي كوپلينگ و بيشينه دماي ايجاد شده مي‌گردد و جابجايي پره‌هاي گرمايي روي بدنه كوپلينگ باعث كاهش حدود 8 كيلوواتي تلفات تواني نسبت به حالت اصلي مي‌شود.

Todays, in Power Plant Industries, hydraulic coupling are frequently used for transmission of power from electromotors to pumps and fans. However, because of the oil trap in the coupling and continuous operation the properties of the oil change and early destruction of coupling happens. Consequently, this problem can be delayed by precise analysis of thermal and hydrodynamic behavior of coupling and also using a proper cooling system. Thus, in this paper, thermal and hydrodynamic behavior of a mixture of oil and air in a hydraulic coupling, because of the 3D-geometry and complicated flow, is simulated by FLUENT software. The aim of this study is to identify locations of the secondary flows and vortex which have the greatest role in heat-generation. Also, the areas of fluid and body with high temperature will be determined. In this simulation, the internal flow in the coupling is examined in 3D, two-phase, and turbulent conditions. The velocity and temperature distribution of the fluid flow and the temperature distribution on the body of coupling are analyzed. The results indicate that the maximum temperature is occurred at the outside diameter of turbine coupling, increasing the distance between the pump and turbine increases the thermal dissipation around 65KW and increases the maximum and mean temperature of oil, and displacing the fins can reduce the thermal dissipation around 8KW.