عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی عددی یک بعدی موتور احتراق داخلی بادر نظر گرفتن تغییرات سطح انتروپی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1525;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 40842
- تاریخ دفاع
- ۰۴ اسفند ۱۳۸۷
- دانشجو
- کریم علیزاد
- استاد راهنما
- وحید اصفهانیان
- چکیده
- موتورهای احتراق داخلی در طی صدها سال گذشته، به عنوان یکی از مهمترین وسائل پیشرفت تکامل پیدا کردند. تکنولوژی‌های فراوانی برای پیشرفت و افزایش راندمان این موتورها به‌وجود آمد. پیشرفتهای انجام‌شده در زمینه علوم کامپیوتر طی 20 سال گذشته محققان موتور را به بهینه‌کردن موتور از لحاظ آلاینده‌ها سوق داد. دینامیک سیالات محاسباتی ، به‌عنوان یکی از اصلی‌ترین ابزارها که در این تحقیق نیز از آن استفاده شده است، می‌تواند به تحلیل پیچیده‌ترین سیستمها با جزئیات مورد نظر کمک کند. در این تحقیق یک برنامه جامع یک‌بعدی برای تحلیل موتورهای احتراق داخلی با درنظر گرفتن تغییرات سطح آنتروپی نوشته شده که به این نوع مدلسازی، مدلسازی به روش غیرهومنتروپیک گفته می‌شود. در این تحقیق با تقسیم موتور به بخشهای متصل به هم بوسیله لوله‌ها، هر موتور تعریف شده توسط کاربر قابل حل می‌باشد. این بخشها مانند انباره، سوپاپ‌ها، سیلندر و چندراهه‌ها به عنوان مرز برای لوله‌ها می‌باشند. این مساله با در نظر گرفتن تغییرات سطح آنتروپی حل می‌شود. در روشهای حل یک‌بعدی معمولا فرض می‌شود که سطح آنتروپی در عبور از مرز ثابت می‌ماند که این فرض در حل موتور تولید خطا می‌کند. مدلسازی به روش غیرهونتروپیک این مساله را با محاسبه تغییر سطح آنتروپی در برنامه موجود حل می‌کند. مرزها بوسیله روش مشخصه‌ها اعمال می‌شوند. برای حل غیرهومنتروپیک در مرزها نیاز به روشهای تکراری داریم که سطح آنتروپی با سرعت صوت اعمال می‌شود. این کار با حل همزمان معادله انرژی و مشخصه‌های ورودی و خروجی انجام می‌شود که سطح آنتروپی را خواهد داد. برای تبادل اطلاعات بین مرزها و میدان جریان داخل لوله‌ها، مشخصه‌های خروجی به خواص جریان تبدیل می‌شوند که برای حل داخل لوله استفاده می‌شود. برای اطلاعات منتقل شده از لوله‌ها به مرزها، مشخصه‌های ورودی باید در مکان درونیابی شوند که متغیرهای ریمان در زمان مناسب را بدهند. پاسخ حل عددی، مشخصات جریان در هر گره را می‌دهد. پاسخها با حل هومنتروپیک صحه‌گذاری شده مقایسه شده‌اند. تفاوت بین حل‌های هومنتروپیک و غیرهومنتروپیک با دور شدن از سیلندرها به‌علت افزایش تفاوت سطح آنتروپی افزایش می‌یابد.
- Abstract
- The internal combustion engine has evolved over the past hundred years as the most important prime mover for various applications. Several related technologies have been developed to improve the performance and efficiency of operation of the engine. Improvements in computer technologies in the past 20 years have provided engine researchers with powerful tools to optimize engine design and to meet increasingly stringent emission requirements. Computational Fluid Dynamics used in this research, is one such tool that enables study of complex systems in great details. In this research, writing a CFD code, Internal Combustion Engines simulated considering entropy level changes, called Non-Homentropic. In this research, separating engine into some components, which are connected to each other by pipes, every user defined engine can be solved. These components like plenum, valves, cylinder, or junctions are boundary conditions for pipes. The problem is solved considering entropy level changes. For 1-D solvers, usually assumed that entropy level through boundaries remains constant but in valve boundaries in engine simulation, this assumption causes errors. Non-Homentropic flow simulation solves this problem by calculating entropy level changes through boundaries, which is used in our CFD code. The boundaries are implemented using characteristics method. For Non-Homentropic boundary conditions, there is a need to iterate for calculating entropy level, which is defined by sound speed. It is by solving energy equation and inlet and outlet characteristics that are intersect each other in the true boundary level. For transferring information between boundaries and the flow field within the pipes, the outlet characteristics should be decoded into flow properties that uses in solving flow field within the pipe. For information from pipe to boundary, the inlet characteristic should be interpolated in space that can transfer Riemann variables in the true time. The numerical solution resulted into flow properties in each node. Results compared with validated 1-D homentropic model. The difference between Homentropic and Non-Homentropic models increased by going away from cylinders because of entropy level differences.
