تحلیل تنش گرمایی چندراهه خروجی چدنی D5S موتور بنزینی پرخوران بر اساس روش FSI و دمایابی

نویسندگان

دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج

چکیده

این پژوهش با هدف تعیین توزیع دما در چندراهه چدنی خروجی دود یک موتور بنزینی پرخوران به انجام رسیده است. بدین منظور ابتدا بر­اساس روش تعامل سازه و سیال (FSI)، با انجام یک تحلیل حرارتی، توزیع دمای ایستا در گاز عبوری از مجموعه چندراهه و نیز در مجموعه چندراهه بکمک یک نرم­افزار CFD شبیه­سازی گردیده است. البته، شرایط مرزی دمایی قبلاً با انجام آزمون دمایابی روی موتور تعیین شده است. سپس بمنظور انجام آنالیز تنش حرارتی، ابتدا شرایط مرزی مکانیکی در یک مدل FEM غیر­خطی از مجموعه چندراهه ساخته شده در محیط آباکوس، اعمال گردیده است. همچنین، توزیع دمای حاصل از تحلیل حرارتی، بصورت یک میدان دمای از پیش تعریف شده به مدل FEM نسبت داده ­شده است. دامنه تغییرات دمای چندراهه در ماژول خواص مواد وارد گردیده، بطوریکه نرم­افزار خواص ماده را در هر نقطه مطابق با درجه حرارت آن نقطه تعیین و در محاسبات تنش حرارتی لحاظ می­نماید. نهایتاً با اجرای برنامه، توزیع تنش­های حرارتی تعیین گردیده است. نتایج عددی حاصله نشان می­دهند که محل همریختگاه چندراهه خروجی به لحاظ تنش­های حرارتی بحرانی­ترین ناحیه می­باشد، و در نواحی اطراف اتصالات بیشترین تنش­های برشی رخ می­دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Thermal Stress Analysis for D5S Cast Iron Exhaust Manifold of a Turbo-Charged Gasoline Engine Based on FSI Method and Temperature-Detection

چکیده [English]

This research work is directed toward determining the thermal stresses in a Ni-Resist cast iron commercial exhaust manifold of a turbo-charged gasoline engine. At first, based on a fluid-structure interaction (FSI) method, the steady state temperature distributions in the exhaust gas as well as in the exhaust manifold set are determined, using a CFD model. The thermal B.C.’s previously estimated by conducting a motor temperature detection test. Next, to conduct a thermal stress analysis, a full FEM model for the manifold set has been generated in the Abaqus software, and the mechanical B.C.’s are imposed in that. Also, the temperature distribution resulted from the thermal analysis imputed to the nonlinear FEM model as a predefined temperature field. Also, the range of temperature variations in the manifold is defined for the software material property module, so that Abaqus computes the material properties and stresses in each point according to the local temperature. Finally, executing the FEM model, the thermal stress distributions are computed. The numerical results show that the thermal stresses have the most critical values at the confluence region of the manifold, and maximum shear stresses occur around the bolted joints.

کلیدواژه‌ها [English]

  • exhaust manifold
  • FSI method
  • FEM analysis
  • Temperature dependent properties