بررسي تجربي و عددي ضريب انتقال حرارت جوشش جرياني بر اساس شرايط كاري موتور

Numerical and experimental investigation of flow boiling heat transfer coefficient according to engine operating condition

حدود يك سوم انرژي آزاد شده سوخت درون موتور احتراق داخلي از طريق سيستم خنك كاري به محيط دفع مي شود. خنك كاري بيش از حد بازده موتور را كاهش مي‌دهد و از طرف ديگر كاهش خنك كاري، باعث تشكيل لايه بخار روي سطح راهگاه آب، كاهش ميزان انتقال حرارت و آسيب قطعات مي‌گردد. رفتار ضريب انتقال حرارت در زمان جوشش وابسته به شار حرارتي است و اين ضريب در بازه جوشش نقطه اي افزايش و در مرحله جوشش لايه اي كاهش مي يابد. در اين تحقيق با ساخت تجهيزات آزمايشگاهي اثر شار حرارتي روي انتقال حرارت به سيال در شرايط كاري موتور ملي بررسي شده است. اين بررسي با استفاده از دو سيال پايه، آب مقطر و مخلوط آب مقطر و اتيلن گليكول (50%-50%)، و اندازه گيري دماي سطح صورت گرفته است. با توجه به اينكه جوشش جرياني در نزديكي نقاط داغ راهگاه آب رخ مي دهد كه سرعت سيال در اطراف آن كم باشد، از اين رو محدوده جريان بين دو سوپاپ دود در موتور ملي انتخاب و با ايجاد شار حرارتي ثابت، اثر سرعت و دماي سيال ورودي روي دماي سطح و ضريب انتقال حرارت بررسي گرديد. علاوه بر نتايج آزمايشگاهي از شبيه سازي عددي استفاده گرديد. نتايج مدل عددي در توافق خوبي با نتايج آزمايشگاهي مي باشد.

Approximately one third of fuel heat release of an IC engine is delivered to environment by cooling system. Cooling more than a limit, decreases efficiency of engine and lower than a limit, causes vapor layer formation on the surface of water jacket and reduction of heat transfer and failure components. Behavior of heat transfer coefficient in boiling depends on heat flux. This coefficient increases during nucleate boiling and decreases during film boiling. In this research, an experimental setup was designed to investigate the effect of heat flux on heat transfer from coolant. This study carried out with two base fluid, distilled water and mixture of distilled water and ethylene-glycol (50-50) and measurement of surface temperature. With consider that boiling flow takes place on hot spot of water jacket with low speed of coolant, therefore, velocity range in exhaust valve bridge has considered. Effect of inlet velocity and coolant temperature in constant heat flux on surface temperature and heat transfer coefficient, has been investigated. Up to experimental results, numerical simulation carried out with CFD software. The numerical results have good agreement with experimental data.