شبیه سازی فرایند روانکاری بین سیلندر و رینگ موتور

شبیه سازی فرایند روانکاری بین سیلندر و رینگ موتور


پروژه حاضر به شبیه سازی فرایند روانکاری در فضای بین سیلندر و رینگ در یک موتور توسط نرم افزار ansys fluent پرداخته است. درواقع، حرکت رینگ بر روی سطح داخلی سیلندر یک موتور موجب ایجاد اصطکاک بین سطوح می شود که برای کاهش اصطکاک بین سطوح می توان از فرایند روانکاری استفاده کرد. برای انجام این شبیه سازی، باید از دیوار دارای شرط مرزی دیواره متحرک استفاده کرد.

نقد و بررسی : شبیه سازی فرایند روانکاری بین سیلندر و رینگ موتور

شرح مسأله

مسأله حاضر به شبیه سازی فرایند روانکاری در فضای بین سیلندر و رینگ در یک موتور پرداخته است. درواقع، حرکت رینگ بر روی سطح داخلی سیلندر یک موتور موجب ایجاد اصطکاک بین سطوح می شود. برای کاهش اصطکاک بین سطوح می توان از فرایند روانکاری استفاده کرد؛ بدین صورت که روغن در فضای بین این دو سطح ریخته می شود. ماده روغن در این مدل دارای چگالی برابر با 900 kg.m-3، ظرفیت حرارتی ویژه برابر با 210 j.kg-1.K-1، رسانش حرارتی برابر با 0.13 W.m-1.K-1 و ویسکوزیته برابر با 0.04 kg.m-1.s-1 می باشد. بر روی سطح داخلی سیلندر، شیارهایی وجود دارد که جریان روغن در فضای بین این شیارها جاری می شود. این سطوح براساس زاویه شیارهای قرار گرفته بر روی خود، می توانند با الگوهای مختلف طراحی گردند. در مدلسازی حاضر، از چهار الگوی مختلف برای این شیارها شامل زوایای 30، 45، 60 و 90 درجه استفاده شده است. هدف پروژه حاضر، بررسی مقدار ضریب اصطکاک تولید شده بر روی سطح متحرک رینگ می باشد. در شبیه سازی حاضر، یک ناحیه محاسباتی مربعی شکل تعریف شده است که درون فضای داخلی آن، چند ردیف شیار با زوایای مذکور طراحی شده است. سطوح پایینی این ناحیه و شیارهای آن به عنوان دیوار ساکن تعریف شده اند و سطح صاف بالایی ناحیه به عنوان دیوار متحرک تعریف شده است. از آنجایی که این ناحیه مربعی شکل تعریفی به عنوان یک فضای نمونه از یک ناحیه محاسباتی کلی است، سطوح جانبی مربوط به شیارها دارای شرط مرزی تقارنی هستند. دیوار ساکن پایینی دارای دمای ثابت 353 K و دیوار متحرک بالایی دارای دمای ثابت 393 K می باشد. با توجه به این امر که مدلسازی در چهار الگوی مختلف براساس زاویه قرارگیری شیارها انجام گرفته است، مسیر جریان روغن درون این شیارها متفاوت خواهد بود. حال با توجه به این که وقتی سطح متحرک بالایی بر روی این شیارها حرکت می کند، مسیر حرکت این سطح با شیارها زاویه ای معادل با نصف زاویه بین هر دو شیار ایجاد می کند؛ از این رو، از نیمساز زوایای مذکور برای تعریف مقدار سرعت دیوار متحرک نسبت به شیارهای جانبی خود استفاده می شود. این دیوار متحرک در هر چهار حالت دارای سرعتی برابر با 10 m.s-1 می باشد که با استفاده از سینوس و کسینوس مربوط به زوایای 15، 22.5، 30 و 45 درجه می تواند اندازه سرعت های مختلفی را در دو راستای مختصاتی مختلف داشته باشد. بنابراین، این دیوار متحرک در حالت 30 درجه دارای سرعت های 9.569 m.s-1 و 2.588 m.s-1، در حالت 45 درجه دارای سرعت های 9.238 m.s-1 و 3.826 m.s-1، در حالت 60 درجه دارای سرعت های 8.66 m.s-1 و 5 m.s-1، و در حالت 90 درجه دارای سرعت های 7.701 m.s-1 و 7.701 m.s-1 در دو راستای مختلف می باشد.

 

گام اول) ترسیم هندسه و شبکه ­بندی

مدل حاضر به صورت سه بعدی و با استفاده از نرم ­افزار design modeler طراحی شده است. مدل شامل یک ناحیه محاسباتی مربعی شکل به ضلع 0.001 متر مخصوص جریان سیال می باشد. این ناحیه محاسباتی دارای 20 ردیف شیار با عمق 0.000006 متر می باشد. این ریف شیارها در دو راستای مختلف طراحی شده اند و نسبت به یکدیگر زوایای مختلفی می سازند. این شیارها براساس زاویه قرارگیری نسبت به یکدیگر، با چهار الگوی مختلف طراحی شده اند که شامل حالت هایی با زاویه 15، 30، 45 و 90 درجه می باشد. شکل زیر نمایی از هندسه­ ترسیمی را نشان می ­دهد.

 

 

شبکه ­بندی مدل حاضر با استفاده از نرم ­افزار ansys meshing انجام گرفته است. شبکه ­بندی به صورت سازمان یافته انجام گرفته و تعداد سلول­ های تولیدی در این مدلسازی در حالت های دارای شیار با زاویه های 30، 45، 60 و 90 درجه به ترتیب برابر 633774، 645574، 642332 و 692403 است. شکل زیر نمایی از شبکه ­بندی انجام گرفته را در حالت 60 درجه نشان می ­دهد.

 

 

گام 2) مراحل شبیه ­سازی

برای شبیه ­سازی مدل حاضر، چند فرض در نظر گرفته شده است که عبارتند از:

  • شبیه­ سازی براساس دیدگاه مبتنی بر فشار (pressure-based) صورت گرفته است.
  • شبیه ­سازی در هر دو حالت سیالاتی و انتقال حرارتی انجام گرفته است.
  • شبیه ­سازی حاضر از نظر زمانی پایا (steady) می­باشد؛ یعنی ترم زمان در حل مسأله لحاظ نشده است.
  • اثر گرانش زمین (gravity) بر روی مدل نادیده گرفته شده است.

 

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

 

 

 

گام سوم) نتایج نهایی

پس از پایان فرایند حل، کانتورهای سه بعدی مربوط به فشار، سرعت، و دما و همچنین کانتور دو بعدی ضریب اصطکاک به دست آمده اند.

 

 

نقد وبررسی

نقد بررسی یافت نشد...

اولین نفر باشید که نقد و بررسی ارسال میکنید... “شبیه سازی فرایند روانکاری بین سیلندر و رینگ موتور”

پیگیری سفارش
لیست مقایسه
شگفت انگیز ها
logo-samandehi