نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی انتقال حرارت در سیستم دیسک ترمز

مقدمه ­ای بر دیسک ترمز

سیستم ترمز خودرو متشکل از دیسک، کالیپر و لنت­ ها می­باشد. در این سیستم، لنت­ ها به وسیله­ ی پیستونی که درون کالیپر تعبیه شده، از دو طرف دیسک بر روی دیسک فشار می ­آورند و این گونه باعث کاهش سرعت چرخش دیسک و درنهایت توقف کامل آن می­شوند. در فرایند ترمزگیری، انرژی مکانیکی بر اثر اصطکاک حاصل از تماس بین سطح لنت­ ها و سطح دیسک به انرژی حرارتی تبدیل می شود. البته این افزایش حرارت در لنت و دیسک در گذر زمان موجب آسیب به آنها، پایین آمدن کیفیت ترمز و درنهایت پایان عمر لنت­ ها می­شود. شکل 1 شماتیکی از سیستم دیسک ترمز خودرو را نشان می­ دهد.

شکل 1 : شماتیکی از سیستم دیسک ترمز

شرح مسأله :

در این شبیه­ سازی به بررسی رفتار حرارتی دیسک ترمز پس از اعمال نیروی اصطکاکی ناشی از تماس با لنت ترمز پرداخته است. درواقع، ، با توجه به سرعت دورانی بالای دیسک، اصطکاک بین لنت ترمز و دیسک موجب تولید حرارت بسیار بالایی درون لنت و دیسک می­گردد و این امر در بلند مدت موجب آسیب به لنت شده و عملکرد سیستم ترمز را با اختلال مواجه می­کند. لذا جهت بهبود عملکرد لنت ترمز، باید سعی گردد تا با ایجاد انتقال حرارت با هوای محیط اطراف از افزایش بیش از حد دمای لنت و دیسک ترمز جلوگیری نمود. در مدل حاضر، از انتقال حرارت درون لنت ترمز ناشی از تماس با سطح دیسک استفاده شده است. دیسک از جنس فولاد بوده و با سرعت دورانی مشخص درحال چرخش می­باشد.

برای شبیه­ سازی حاضر، از چند فرض استفاده شده است:

• شبیه­ سازی از نظر زمانی در حالت پایا انجام گرفته است. درواقع، سرعت دورانی دیسک در حال چرخش مقداری ثابت در گذر زمان فرض شده است.
• مسأله از دیدگاه pressure-based حل شده است.
• اثر گرانش زمین در حل این مدل نادیده گرفته شده است.

شکل 2 : نمایی از هندسه­ ی ترسیمی

شبکه­بندی با استفاده از نرم­افزار ansys meshing انجام گرفته است. شبکه ­بندی مدل به صورت بدون سازمان و به تعداد 198594 سلول انجام شده است. شکل 3 نمایی از شبکه­بندی مدل را نشان می­دهد.

شکل 3 : نمایی از شبکه­ بندی

گام 2) مراحل شبیه­ سازی

خلاصه­ ای از مراحل تعریف مسأله و تعریف حل آن در جدول 1 آمده است :

تعریف udf : بر اثر تماس بین سطح لنت ترمز و صفحه­ ی دیسک، حرارتی از صفحه­ی دیسک به سطح لنت انتقال می­یابد. با توجه به این موضوع که هندسه­ی لنت ساختار متقارنی ندارد، توزیع حرارت انتقال یافته بر روی نقاط مختلف سطح آن متفاوت می­باشد و به شعاع لنت قطاعی شکل وابسته می­باشد. از این­رو، با استفاده از کد udf پروفیل توزیع حرارت انتقالی بر روی سطح لنت تعریف شده است.

جهت تعریف تابع udf برای تعریف گرمای تولیدی درون لنت، از رابطه­ ی زیر استفاده می­گردد: ( S، ξ، µ، r، p و ω به ترتیب معرف سطح تماس تحت تأثیر اصطکاک، ضریب پخش گرمایی یا دیفیوژن، ویسکوزیته، شعاع سطح دایروی، فشار اعمالی روی سطوح و سرعت دورانی دیسک می­باشد.)

استفاده از تکنیک frame motion : از آنجایی که دیسک موجود در بخش مرکز مدل در حال چرخش می­باشد، از تکنیک frame motion برای تعریف میزان سرعت دورانی دیسک استفاده شده است. سرعت دورانی برای این دیسک برابر 20 rad.s^-1 در نظر گرفته شده است.