شبيه‌سازي جوشش جرياني مادون سرد راهگاه خنك‌كاري موتورهاي احتراق داخلي از طريق مدلسازي عددي درون يك كانال با گرمايش نقطه‌اي

Simulation of Subcooled Flow Boiling Occurring in Internal Combustion Engine Water Jacket by Numerical Modeling in a Channel with Hot Spot

انتقال حرارت جوششي همواره بعنوان يكي از راهكارهاي مهم در افزايش انتقال حرارت بين سيال و سطوح جامد مطرح بوده است. جوشش جرياني مادون سرد يكي از مكانيزم­هاي انتقال حرارت با حجم انتقال حرارت بسيار بالا در راهگاه خنك كاري موتورهاي احتراق داخلي مي­ باشد. در اين پژوهش سعي بر آن است تا به مدل سازي جوشش مادون سرد در هندسه مشابه با كانال آب درون موتور احتراق داخلي در يك نرم افزار تجاري پرداخته شود. هندسه مورد استفاده بر اساس كار آزمايشگاهي صورت گرفته در پژوهش‌هاي پيشين، به صورت يك كانال با سطح مقطع مستطيل و يك نقطه داغ در كف كانال در نظر گرفته شد، هندسه مورد استفاده در اين پژوهش كه جنبه اصلي نوآوري اين پژوهش مي‌باشد به گونه اي مدل شده است كه قادر باشد از نظر پديده جوشش، اتفاق مشابه درون راهگاه را شبيه‌سازي كند مدل­­هاي مورد نياز براي مدل سازي جريان جوشش مادون سرد با استفاده از پژوهش­هاي پيشين استخراج و درون نرم افزار تجاري جايگذاري شد. نتايج به دست آمده پس از صحت‌سنجي در هندسه نهايي جايگذاري شد. نتايج نشان داد كه با افزايش سرعت، تاثير زبري كمتر شده و مقادير عددي به مقادير عملي نزديك مي­شوند. همچنين با گذر دماي سطح از دماي اشباع ميزان انتقال حرارت توسط اين مكانيزم افزايش چشمگيري داشت.

Boiling heat transfer always has been proposed as a solution for enhancing heat transfer between the fluid and solid surfaces. Subcooled flow boiling is one of the mechanisms that occur in Internal Combustion Engine water jacket in which high amounts of heat is transferred. In this research, it has been tried to simulate subcooled flow boiling in a geometry similar to coolant channel inside the internal combustion engine using commercial software. The geometry, based on experimental studies, was considered as a channel with a rectangular cross-section and a hot spot on the channel lower surface, this geometry is the innovative part of this study. The models required for simulating the subcooled flow boiling were extracted from literature and implemented in the commercial software. The obtained results, after validation, applied in the final geometry. The results showed that with increasing the velocity, roughness effects are reduced, and numerical values get close to the experimental values. Also, with the surface temperature passing through the saturation temperature, the heat transfer rate was significantly increased by this mechanism.