تعداد صفحات: ۱۷ | قابل ویرایش
مقدمه مقاله انتقال حرارت گذرا
انتقال حرارت گذرا از گاز به دیواره های محفظه احتراق و دیوارهای دریچه تأثیر قابل ملاحظه ای روی تعویض گاز و عملکرد موتور IC می گذارد. به علاوه، درستی اطلاعات انتقال حرارت در این قسمتها، برای اعمال شرایط مرزی به منظور آنالیز ساختاری امری ضروری است.
در تئوری، بازده حجمی که در طول شبیه سازی فرایند تعویض گاز محاسبه می شود براساس برنامه های یک بعدی اغلب کار مشکلی می باشد . شکل ۱ مثالی از وابستگی بازده حجمی به شرایط انتقال حرارت در طول مرحله تعویض گاز می باشد . شکل نشان دهنده تأثیر انتقال حرارت در دریچه ورودی هم و تأثیر انتقال حرارت در محفظه احتراق در طول مرحله ورود گاز می باشد .
بر اساس معادلات انتقال حرارت با توجه به روابط Woschni و Zapf ، انتقال حرارت با ضرایب ۷/۰ تا ۸/۱ در محفظه احتراق و دریچه ورودی کاهش یا افزایش پیدا کرده است . محاسبات بر روی یک موتور تک سیلندر آزمایشی ( DI دیزل ، قطر mm 124 ، طول کورس mm 165 ) در دور موتورrpm 1080 و بار %۵۰ انجام شده است.
اصول پایه در روش دمای سطح
حوزه دما در دیواره محفظه احتراق می تواند توسط معادلات دیفرانسیلی فوریه در مورد هدایت حرارت بیان شود. با فرض یک جریان حرارت یک بعدی در دیواره های محفظه احتراق ، فقط گرادیان دمایی در جهت x ، عمود بر سطح دیواره وجود دارد. معادله کلی به صورت معادله زیر در می آید که t زمان و Tw دمای دیواره است:
۱) در این رابطه ضریب نفوذ حرارتی دیواره می باشد. که از سه پارامتر تشکیل شده است.
ضریب هدایت حرارتی =
ظرفیت حرارتی = C چگالی =
انتقال حرارت گذرا از گرادیان دما و ضریب هدایت حرارتی مشخص می شود .
۲) معادله بالا می توانند برای عملکرد سیکل با بسط دادن آن به صورت سری حل شوند . با فرض اینکه دیواره به صورت یک صفحه نامحدود است.
اندازه گیری شار حرارتی
استانداردها برای سنسورهای اندازه گیری شار حرارتی در سمت گاز در موتورهای احتراق داخلی خیلی بالا هستند . این امر مخصوصا برای اندازه گیری در محفظه احتراق درست است ، علاوه بر اینکه سنسورها باید در زمان کوتاهی شرایط را تحلیل کنند ، و دقت بالایی داشته باشند می بایست در مقابل دما و شار حرارتی خیلی کم آسیب پذیر باشند و می بایست در کوچکترین اندازه ممکن باشند و مقاومت کافی داشته باشند . در اصل دو روش اندازه گیری مختلف برای اندازه گیری شار حرارتی لحظه ای درموتورهای IC وجود دارد.
۱- سنسور براساس روش دمای سطح قرار داده می شوند.
۲- سنسورها براساس اندازه گیری دما در لایه مقاومت حرارتی قرار گرفته اند.
انتقال حرارت داخل سیلندر در مرحله تراکم و احتراق
معادلات انتقال حرارت که به کار برده می شوند بر مبنای اصول نیوتونی می باشند ، بر این اساس چگالی شار حرارتی دیواره از ضریب انتقال حرارت و اختلاف دمای مؤثر بین گاز و دیواره سرچشمه می گیرد . این معادلات که ضرایب انتقال حرارت را بیان می کنند می توانند به دو گروه بی بعد و بعد دار تقسیم شوند.
روشهای بهتری برای بیان ضرایب انتقال حرارت با در نظر گرفتن آنالوژی رینولدز پیشنهاد شده اند . این روابط شامل ترکیب تمام پارامترهای که هرکدام اثر طبیعی چیزی را بر روی اعداد بی بعد مشخص می کنند ، تشکیل شده است . این چنین معادلاتی روابط بالا دمای گذرا و جریان حرارت گذرا را در هر مکن از دیواره محفظه احتراق مشخص می کنند . قسمت متغیر دما و شار حرارتی سریعاً به صورت اکسپونانشیلی با میزان عمق دیواره (X) کاهش پیدا می کنند.
ثابتهای Ai و Bi و C2 ؟؟؟ می توانند شرایط مرزی مشخص شوند . برای x = o ، معادله ۳ منحنی دما را در سطح دیواره محفظه احتراق می دهد . در نتیجه ضرایب Ai و Bi با داشتن شرایط مرزی از روی اندازه گیری از طریق سنسور مشخص می شوند.
ثابت C ، در نهایت ، مطابق با قسمت ثابت جریان حرارت از میان دیواره محفظه احتراق می باشد . و می تواند از طریق تکنیک های اندازه گیری مشخص شود ، مثلاً از طریق سنسور جریان حرارتی ، یا با اندازه گیری دما در محلی که فاصله آن از سطح محفظه احتراق معلوم می باشد.
