شبيه‌سازي انتقال حرارت با فرض پديده جوشش در راهگاه آب موتور ملي پرخوران

Simulation of heat transfer considering boiling phenomenon in cooling passage of turbo-charged national engine

انتقال حرارت تاثير مهمي بر طراحي مفهومي و جزييات طراحي سامانه خنك‌كاري موتور احتراق داخلي و عملكرد آن دارد. در بحث طراحي نحوه انتقال حرارت نقاط داغ بستار، يكي از راه‌ها گذر هوشمندانه از جريان تك حالت جابجايي به جوشش مادون سرد است. بدين منظور لازم است تا جزييات جريان و انتقال حرارت در محدوده وسيعي از كاركرد موتور دانسته شوند. راهكار موثر براي تحليل حرارتي موتورهاي احتراق داخلي، شبيه سازي آنها با روش ديناميك سيالات محاسباتي به همراه شبيه‌سازي جوشش است. در اين مقاله راهگاه‌هاي سيال خنك‌كننده موتور ملي پرخوران با نرم‌افزار AVL-FIRE براي بررسي اثرات جوشش شبيه‌سازي شد. اعتبارسنجي شبيه‌سازي با مقايسه نتايج دو شبيه‌سازي رايج چن و BDL با نتايج تجربي جوشش مادون سرد داخل مجراي افقي انجام شد. اين مقايسه نشان مي‌دهد كه شبيه سازي چن تطابق بيشتري با نتايج تجربي دارد. لذا جوشش تك حالت در راهگاه آب موتور با روش چن شبيه‌سازي شد. نتايج اين قسمت ارايه كميت‌هاي فشار، سرعت و ضريب انتقال حرارت (با و بدون فرض جوشش) در شبيه‌سازي است. نتايج قبل نشان مي‌دهند كه ضريب انتقال حرارت با در نظرگرفتن جوشش در نقاط بحراني موتور بشدت افزايش مي‌يابد.

Heat transfer plays an important role in the conceptual and the detailed design of cooling systems in internal combustion (IC) engines and has considerable influences over its operational performance. The demand for higher possible heat transfer rates has led to use a controlled transition from a single-phase convection to a sub-cooled boiling flow in hot regions, through the cylinder head. In order to achieve controlled boiling over a wide range of operating conditions, detailed flow and heat transfer analysis are essential. The computational fluid dynamic (CFD) simulation, incorporating the boiling model, is an effective approach for the thermal analysis of IC engines. In this paper, the water jacket of the national turbo-charged engine was simulated with the AVL-FIRE software to consider effects of boiling phenomena in the water jacket. For the validation of calculated results was performed through a test validation in a horizontal heated duct with two models, Chen and BDL models. It showed that the Chen boiling model was in better satisfactory with experimental data than the BDL model under the same conditions and could be used for calculating the boiling heat transfer in cooling passages of the engine. Contours of the pressure, the velocity, the heat transfer coefficient were demonstrated with and without consideration of boiling. Results showed that when boiling occurs, the heat transfer coefficient was significantly enhanced.