تحلیل خستگی گرمائی- مکانیکی پُرچرخه چندراهه دود موتور پرخوران به روش اثر دو سویه سیال و جامد

نویسندگان

چکیده

امروزه کارخانه های خودرو سازی به منظور افزایش گشتاور و توان با در نظر گرفتن مصرف سوخت، به سمت تولید موتورهای پرخوران رفته اند. با توجه به افزایش دمای گازهای خروجی در موتورهای تقویت شده شناسایی نقاط بحرانی چندراهه دود در شرایط بحرانی کارکرد موتور (حداکثر دور و بارکامل)، جهت پیش گیری از شکست چندراهه دود بسیار مهم است. در این پژوهش تحلیل ترمومکانیکی، خستگی و تخمین عمر چندراهه دود در بحرانی ترین حالت کارکرد موتور با استفاده از تعامل دو طرفه محیط سیال و پوسته جامد، انجام شده است. در تعامل دو طرفه در هر گام زمانی ابتدا تحلیل جریانی چندراهه در نرم افزار فلوئنت انجام می شود، سپس دما، ضرایب انتقال حرارت جابجایی و فشار از محیط سیال روی سطح داخلی پوسته چندراهه نگاشت می شود. در محیط جامد پیش بار پیچ ها، بسترهای الاستیک برای در نظر گرفتن اثر سرسیلندر و پرخوران درنظر گرفته شده و تحلیل ترمومکانیکی با نرم افزار انسیس انجام می شود، سپس با محاسبه کرنش و تغییر شکل چندراهه، شبکه جدید برای تحلیل در گام زمانی بعدی به نرم افزار فلوئنت وارد می شود و این چرخه با توجه به تعداد گام زمانی تا انتهای سیکل ادامه می یابد. نتایج شبیه سازی حرارتی جریان و محیط جامد با داده های آزمون تجربی دما، صحه گذاری شده است. در نهایت کانتورهای دما و ضریب انتقال حرارت، دما در پوسته جامد، کرنش، تنش نرمال، فون میزز و تنش های تناوبی رسم شده و عمر چند راهه دود تخمین زده شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Thermo-mechanical high-cycle fatigue analysis of exhaust manifold of turbocharged engine with two-way coupling FSI

چکیده [English]

NNowadays, car manufactures in order to increasing torque and power with consider to fuel consumption, have swept to production of turbocharged engines. With consider to exhaust gas-temperature rises in boosted engines, recognition of critical locations of exhaust manifold in the worse condition of engine (full load and maximum speed), to prevent fracture of exhaust manifold is very important. In this research thermomechanical analysis, fatigue and life-span estimation in the most critical case of engine performance with using two-way coupling of fluid and solid has been carried out. In two-way coupling in every time step first, flow analysis of manifold is carried out in FLUENT software, then, temperature, convective heat transfer coefficient and pressure of fluid are mapped to inner shell of exhaust manifold. In solid preload of bolts, elastic foundation based for effect of cylinder head and turbocharger were considered and thermomechanical analysis was carried out with ANSYS software. Then with computing strain and changing geometry, new mesh for analysis in next time step was entered into FLUENT software and this cycle with consider to time step until end of cycle was carried out. Results of thermal simulation in fluid and solid was validated with experimental data. Finally, temperature, heat transfer coefficient, solid temperature, strain, normal stresses, Von Misses stress and dynamic stress plot and life-span of exhaust manifold have been estimated. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • turbocharged engine
  • exhaust manifold
  • mechanical high-cycle fatigue