فهرست مطالب

تحقیقات موتور - پیاپی 70 (بهار 1402)

نشریه تحقیقات موتور
پیاپی 70 (بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/02/19
  • تعداد عناوین: 6
|
  • قاسم مقصودی قره بلاغ، عباس روحانی بسطامی*، پدرام صفرپور، یعقوب عباس زاده صفحات 1-13
    ارتعاش پیچشی سامانه انتقال قدرت یکی از عوامل موثر در خستگی قطعات است. این ارتعاشات عمدتا در اثر تغییرات دوره‏ای فشار گاز داخل استوانه‏ و نیروهای لختی ناشی از حرکت رفت و برگشتی سازوکار لنگ و لغزنده ایجاد می ‏شوند. علاوه بر این، به منظور کاهش مصرف سوخت، اندازه موتورهای جدید کوچک شده است و در نتیجه به دلیل کاهش تعداد ضربه‏ های احتراق، ارتعاش آن ها افزایش یافته است. یکی از راه ‏های کاهش این ارتعاشات استفاده از چرخ لنگر دو جرمی است. در این تحقیق، ابتدا گشتاور لختی و گشتاور فشار گاز یک موتور سه استوانه‏ محاسبه شده است. سپس معادلات ارتعاشات پیچشی در حوزه زمان حل شده است. نتایج تحلیل نشان می‏ دهد که نوسانات سرعت زاویه ‏ای در جرم ثانویه کاهش می ‏یابد. همچنین بر اساس الگوی ارتعاش پیچشی دو درجه آزادی، پاسخ های بسامدی تحت تحریک سینوسی محاسبه شده است. نتایج نشان می‏ دهد که در حالت استفاده از چرخ لنگر دو جرمی، تشدید از محدوده کاری موتور دور نگه داشته می ‏شود. در نهایت، یک مطالعه متغیری بر روی متغیرهای طراحی انجام شده و اثر این متغیرها بر روی دامنه نوسان سرعت زاویه ای جرم ثانویه تحلیل شده است.
    کلیدواژگان: چرخ لنگر دو جرمی، ارتعاش پیچشی، موتور سه استوانه
  • بهروز شهریاری*، مصطفی غیور، محمدهادی جلالی، محسن بهرامی صفحات 14-27

    بررسی دینامیکی و تحلیل ارتعاشی محور دواری با سرعت تند، در مراحل طراحی و توسعه ماشین های دوار امری ضروری است. محور دوار سرعت تند در پرخوران‏ها شامل قرص های دوار با شکل های مختلف، محور دارای قطر متغیر و یاتاقان های نصب شده در موقعیت های مختلف می شود. ارتعاشات محور دوار در حالت کاری می تواند باعث خرابی قطعات موتور یا حتی از کارافتادگی کل موتور شود. در این مقاله، ارتعاشات جانبی محور دوار یک پرخوران در شرایط ایستا و دورانی، با استفاده از یک الگوی اجزاء محدود و با اجزاء تیر تیموشنکو تحلیل شد. نمودار سرعت-بسامد، سرعت های بحرانی، تغییر شکل سازه در حالت کاری و پاسخ به نامیزانی محور دوار از نتایج تحلیل دینامیکی عددی محور دوار در شرایط کاری هستند. همچنین، آزمون ارتعاش ‎‏سنجی محیطی به روش تجزیه بسامدها، در حالت غیر دورانی بر روی محور دوار انجام شده است. در آزمون ارتعاش سنجی، به طور هم زمان از دستگاه ارتعاش سنج لیزر داپلر و حسگرهای شتاب سنج پیزوالکتریک، به منظور اندازه گیری دقیق ارتعاشات استفاده شده است. تطابق نتایج عددی و تجربی نشان دهنده دقت تحلیل انجام شده است.

    کلیدواژگان: پرخوران، محور دوار سرعت بالا، تحلیل عددی و تجربی، ارتعاشات جانبی، آزمون ارتعاش‎‏سنجی محیطی
  • ابوالفضل محمدابراهیم*، علیرضا کوچاریان صفحات 28-46
    در این مقاله، ضمن بررسی استفاده از پیل سوختی در خودرو و تحقیقات گذشته، مدل سازی خودرو مجهز به پیل سوختی با نرم افزار GT-SUITE انجام شده است. در این مدل سازی جزییات مختلفی در نظر گرفته شده و از مشخصات یک خودروی نمونه استفاده شده است. در ادامه اثر پارامترهای موثر بر عملکرد پیل سوختی غشای پلیمری با انجام شبیه سازی، بررسی شده است. شرایط شبیه سازی با درنظرگرفتن وجود سامانه مدیریت باتری به دست آمده است. نتایج به دست آمده نشان داد که با افزایش تعداد سلول های سوختی و مساحت سطح سلول های سوختی، توان خروجی پیل سوختی افزایش می یابد. همچنین با توجه به شبیه سازی انجام شده با افزایش ضخامت سلول های سوختی توان خروجی پیل سوختی ثابت می ماند. اگرچه بعضی نتایج از لحاظ کیفی قابل پیش بینی بوده است ولی دانستن مقدار تاثیر این پارامترها در طراحی بسیار مهم است. در ادامه نیز اثر ضریب انتقال بار و ضریب افت انتقال جرم پیل سوختی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دهنده حساسیت هر پارامتر بر عملکرد پیل سوختی است و مشخص گردید که اثر پارامترهای تعداد سلول های سوختی و مساحت سطح سلول های سوختی، نسبت به سایر پارامترها بارزتر است. همچنین در این شبیه سازی ها اثر تغییرات انجام شده بر دمای متوسط پیل سوختی مورد ارزیابی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: پیل سوختی غشاء تبادل پروتونی، جی تی سوئیت، سامانه مدیریت باتری، توان خروجی، دمای متوسط پیل سوختی
  • بهمن رحمتی نژاد*، حسین رحیمی آسیابرکی، فرزین عظیم پور شیشوان صفحات 47-65
    در این تحقیق عملکرد حرارتی موتور M13NI با استفاده از نانوسیال AL2O3+H2O در محیط آزمایشگاهی بررسی شد. در این آزمایش آب و اتیلن گلیکول به عنوان سیال های پایه با نانوذرات AL2O3 ترکیب و مورد استفاده قرار گرفت. در این تحقیق از نانوذرات nm 20 با درصدهای حجمی 1 الی 2 درصد استفاده شد. نتایج نشان داد با اضافه نمودن سورفکتانت SDBS به AL2O3، نانوسیال تهیه شده در 22 روز اول پایدار است. همچنین مقدار پتانسیل زتا 37.7 mv برآورد شد که نشان از پایداری نانوسیال دارد. افزایش کسر حجمی نانوذرات، باعث افزایش انتقال حرارت و افزایش افت فشار و همچنین کاهش پارامتر مریت (نسبت انتقال حرارت به قدرت پمپ) شد. در دور RPM 1150 و وجود 1 درصد کسر حجمی نانوذرات در سیال پایه آب به ترتیب افزایش 2/7 و 1/13 درصد حرارت دفع شده نسبت به مخلوط آب+اتیلن گلیکول و آب خالص مشاهده شد. افزایش کسر حجمی نانوذرات در سیال پایه موجب کاهش دمای خروجی از رادیاتور شده که این عمل باعث افزایش اختلاف دمای ورودی و خروجی گردیده و نرخ انتقال حرارت افزایش می یابد. با استفاده از نانوسیال می توان اندازه رادیاتور و حجم سیستم خنک کاری را کوچک نمود و در نتیجه مقدار آب در گردش و توان تلف شده موتور را کاهش داد.
    کلیدواژگان: نانوسیال، نانوذرات، ضریب انتقال حرارت، موتور M13NI، Al2O3
  • ادیب سوزنی، برات قبادیان، محمد کاظمی، علیرضا مهدویان* صفحات 66-90
    در موتور‏های دیزل، به دلایلی چون افزایش توان و بازده، کاهش حجم، کاهش وزن و افزایش کیفیت احتراق، استفاده از پرخوران بسیار پرکاربرد است. یکی از مشکلات رایج در موتور‏های دیزل، صافی جذب ذرات دوده موجود در مسیر خروجی پرخوران است که پس از مدتی دچار گرفتگی می‏ شود. صافی مسدود شده مانع عبور گاز‏های خروجی با شار لازم شده و در نتیجه فشار برگشتی و دمای گاز‏های خروجی افزایش می یابد. این عامل سبب قرار گرفتن پرخوران در نزدیکی بازه عملیاتی ناپایدار شده و انتظار می رود این عوامل سبب تغییر رفتار ارتعاشی این مجموعه گردد. در این تحقیق با ایجاد چند سطح گرفتگی صافی ذرات دوده در دور‏های 2500 و 3200 د.د.د، اقدام به ذخیره داده‏‏‏ های ارتعاشی پرخوران گردید. با این روش غیرمخرب می توان داده های دقیق تری برای انجام عمل رفع گرفتگی فعال صافی دوده نسبت به روش رایج به دست آورد. با استفاده از تبدیل فوریه سریع بر روی داده زمانی ذخیره شده و صافی کردن بازه مورد انتظار از داده، بسامد‏های کاری پرخوران مشخص شده و با استخراج ویژگی ‏ های حوزه بسامد و مقایسه آن ها مشاهده شد که چگالی طیف توان و شار طیفی وضوح حدود 4 برابری نسبت به سایر ویژگی ها در نمایان سازی این رویداد را دارد. همچنین با تند شدن دور موتور، گرفتگی صافی دوده تاثیر بیشتری در رفتار ارتعاشی پرخوران گذاشته و می توان با تغییرات ایجاد شده به گرفتگی آن پی برد.
    کلیدواژگان: پرخوران، رفتار ارتعاشی، صافی ذرات دوده دیزل
  • آیت قره قانی*، امیرحسین فخاری، مهدی آقاحسنی صفحات 91-105

    احتراق اشتعال تراکمی با واکنش پذیری مهار شده به دلیل بازدهی مناسب، کاهش مصرف سوخت و ظرفیت خوب در کاهش مقدار آلایندگی یکی از راهبرد های جذاب احتراق سرد است. این نوع از احتراق در سال های اخیر به دلیل نگرانی های جهانی در مورد تخریب محیط زیست، قوانین سخت گیرانه آلایندگی، کاهش ذخایر نفت و افزایش قیمت سوخت های سنگواره ‏ای مورد توجه قرار گرفته است. در پژوهش حاضر احتراق اشتعال تراکمی با واکنش پذیری مهارشده، با سوخت ترکیبی دیزل و بنزین به کمک دینامیک سیالات محاسباتی به صورت وابسته با واکنش شیمیایی مفصل و با استفاده از نرم‏ افزار AVL FIRE شبیه ‏سازی شده است. هدف، بررسی اثر تغییر لحظه پاشش سوخت دیزل بر احتراق و آلایندگی است. در این راستا، اثرات تغییر لحظه پاشش سوخت دیزل  در بازه 20 تا 40 bTDC در دور موتور ثابت 1150 د.د.د.، بر فشار داخل استوانه‏، نرخ آزادسازی گرما، حالت احتراق و مقدار آلایندگی های مونو اکسید کربن، اکسید های نیتروژن، هیدروکربن های نسوخته و گاز گلخانه ای دی اکسید کربن بررسی شد. کاهش آلایندگی NOX با پیش‏ اندازی لحظه پاشش سوخت به 40 درجه bTDC، یکی از مهم ترین نتایج این پژوهش است. با پیش ‏اندازی لحظه پاشش سوخت دیزل، احتراق سریع تر آغاز می شود. با افزایش بازه پاشش، بیشینه فشار داخل استوانه‏ کاهش می یابد و لحظه احتراق به تعویق می افتد. همچنین با افزایش پیش ‏اندازی پاشش سوخت از 20 تا 30 درجه bTDC، مقدار مونواکسیدکربن تولیدی کاهش و با پیش ‏اندازی بیشتر آن از 30 تا 40 درجه bTDC، مقدار آن افزایش می یابد. مقدار گاز گلخانه ای تولیدی CO2 تقریبا، روند عکس تولید مونواکسیدکربن را طی می کند.

    کلیدواژگان: احتراق سرد، احتراق اشتعال تراکمی مهارشده، لحظه پاشش سوخت، آلایندگی، دینامیک سیالات محاسباتی
|
  • Ghasem Maghsoudi Gharehbolagh, Abbas Rohani Bastami *, Pedram Safarpour, Yaghoub Abbaszadeh Pages 1-13
    One of the main factors influencing the fatigue of the components is the torsional vibration of the transmission system. These vibrations are mainly caused by periodic changes in the gas pressure inside the cylinder and the inertial forces due to the reciprocating motion of the crank and slider mechanism. Furthermore, in order to decrease fuel consumption, the new engines have been downsized. Consequently, due to the fewer number of power strokes, the vibration has increased. One way to reduce these vibrations is to use a dual mass flywheel (DMF). In this research, inertia torque and gas pressure torque of a three-cylinder engine are obtained. Then the equations of torsional vibrations in the time domain are solved. It is shown that angular velocity fluctuations in the secondary mass is reduced. Also, according to the torsional vibration model of two degrees of freedom, frequency responses under sinusoidal excitation are calculated. The results show that in the case of using DMF, the resonance is kept away from the working range of the engine. Finally, A parametric study is performed on design parameters and the effects of varying design parameters on oscillation amplitude of the angular velocity of the secondary mass are analyzed.
    Keywords: Dual Mass Flywheel, Torsional vibration, 3-Cylinder Engine
  • Bherouz Shahriari *, Mostafa Ghayour, Mohammad Hadi Jalali, Mohsen Bahrami Pages 14-27

    Dynamic analysis and modal analysis of high speed rotors are a vital step in the design and development stages of rotating machines. Turbomachine rotor consists of disks of various shapes, shafts whose diameters change depending on their longitudinal position, and bearings situated at various positions. The vibrations of the rotor in the operating conditions can cause catastrophic failure of the parts or even the whole turbomachine. In this paper, lateral vibrations of a turbocharger rotor in non-rotating and rotating conditions are analyzed numerically using a finite element model based on Timoshenko beam elements. The Campbell diagram, critical speeds, operational deflection shapes and unbalance response of the rotor are the results of numerical dynamic analysis in the operating conditions. Also, the ambient modal testing of the rotor in non-rotating conditions is performed using frequency domain decomposition (FDD) method. In the modal testing, the laser doppler vibrometer and piezoelectric accelerometers are used simultaneously in order to exactly measure the vibrations. The good agreements between the numerical and experimental results show the accuracy of analyses.

    Keywords: Turbocharger, High Speed Rotor, Numerical, Experimental Analysis, Lateral Vibration, Ambient Modal Testing
  • Abolfazl Mohammadebrahim *, Alireza Kocharian Pages 28-46
    In this paper, while examining the use of fuel cells in vehicles and past research, modeling of vehicles equipped with fuel cells with GT-SUITE software has been performed. In this modeling, various details have been considered and the specifications of a model vehicle have been used. In the following, the effect of effective parameters on the performance of the polymer membrane fuel cell is investigated. The simulation conditions are obtained by considering the existence of battery management system. The obtained results showed that with increasing the number of fuel cells and the surface area of the fuel cells, the output power of the fuel cell increases. Also, according to the simulation performed, with increasing the thickness of the fuel cells, the output power of the fuel cell remains constant. Although some results have been qualitatively predictable, it is important to know the impact of these parameters on the design. Then, the effect of load transfer coefficient and mass transfer coefficient of fuel cell mass was investigated. The results show the sensitivity of each parameter on the performance of the fuel cell and it was found that the effect of the parameters of the number of fuel cells and the surface area of the fuel cells is more pronounced than other parameters. Also, in these simulations the effect of changes made on the average temperature of the fuel cell was evaluated.
    Keywords: Proton exchange membrane fuel cell, GT-SUITE, Battery Management System, Output power, Average Fuel Cell Temperature
  • Bahman Rahmatinejad *, Hossein Rahimi Asiabaraki, Farzin Azimpour Shishevan Pages 47-65
    In this study, AL2O3+H2O nanofluid was used in a laboratory setting to test the thermal performance of the M13NI engine. AL2O3 nanoparticles were employed in this experiment along with base fluids made of water and ethylene glycol. We employed 20 nm nanoparticles with volume fractions of 1 to 2%. The outcomes demonstrated that the AL2O3 nanofluid made in the first 22 days was stable after being added SDBS sulphate. Additionally, the zeta potential, which was calculated to be 37.7 mv, shows the stability of the nanofluid. The heat transmission and pressure drop rose as the volume fraction of nanoparticles increased, while the merit parameter fell (ratio of heat transfer to pump power). At 1150 RPM and 1% volume fraction of nanoparticles in the water-based fluid, it was found that the heat dissipated increased by 7.2 and 13.1% in comparison to the mixture of water+ethylene glycol and pure water, respectively. When the volume proportion of nanoparticles in the base fluid increases, the radiator's outlet temperature decreases, resulting in a greater difference between the inlet and outlet temperatures and a faster rate of heat transfer. By utilizing nanofluid, it is possible to lower the radiator's size and the volume of the cooling system, so reducing the volume of circulating water and the engine's wasted power.
    Keywords: nanofluid, nanoparticles, Heat transfer coefficient, M13NI Engine, Al2O3
  • Adib Souzani, Barat Ghobadian, Mohammad Kazemi, Alireza Mahdavian * Pages 66-90
    In diesel engines, for reasons such as increasing power and efficiency, reducing volume, reducing weight and increasing combustion quality, it is very common to employ a turbocharger. One of the most common problems in diesel engines is the absorption of soot particles in the turbocharger outlet, which clogged after a while. The blocked filter prevent to exhaust the gases with required flow rate, as a result, the back pressure and temperature of exhaust gases increase. This factor causes the turbocharger to be located near the unstable operating range and these factors expected to change the vibration behavior of this set. In this study, by creating several levels of soot particle clogging at 2500 and 3200 RPM, the turbocharger vibration signal was stored. Using this non-destructive method, more accurate data obtained to perform active Regeneration than the conventional method. Employing fast Fourier transform on stored time signal and filtering expected range of the signal, the turbocharger operating frequencies were determined and by extracting the frequency domain characteristics and comparing them, it observed that the power spectrum density and spectral flux had a resolution of approx. It has 4 times more than other features in indexing this event. In addition, as the engine speed increases, the soot filter clogging has a greater effect on the vibration behavior of the turbocharger.
    Keywords: turbocharging, Vibrational behavior, Diesel Particle Filter
  • Ayat Gharehghani *, Amir Hossein Fakhari, Mahdi Aghahasani Pages 91-105

    Reactivity-Controlled Compression Ignition (RCCI) is one of the attractive low-temperature combustion strategies because of its high efficiency, reduced fuel consumption, and good potential in reducing emissions. This type of combustion has gained attention in recent years due to global concerns regarding environmental degradation, strict emission regulations, reduction of oil reserves, and rising fossil fuel prices. In this research, an RCCI engine, with a fuel mixture of diesel and gasoline, simulated with the aid of computational fluid dynamics coupled with chemical kinetics. The AVL FIRE software employed for the simulations. The aim was to investigate the impacts of changing the diesel fuel injection timing on combustion and emissions. In this regard, the effects of changing the diesel fuel injection timing in the range of 20 to 40° bTDC on the in-cylinder pressure, heat release rate, combustion phase, and the amount of carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen oxides, and unburned hydrocarbons emissions investigated at a constant engine speed of 1150 rpm. One of the most important results of this study is the reduction of NOX emissions by advancing fuel injection timing to 40° bTDC. Furthermore, with the advancement of diesel fuel injection timing, the combustion starts earlier. By raising the injection duration, the maximum in-cylinder pressure decreases, and the start of combustion delayed. As the fuel injection advances from 20 to 30° bTDC, the produced carbon monoxide decreases, and a further advancement from 30 to 40° bTDC, raises the amount of this pollutant. It is worth noting that the amount of CO2 greenhouse gas has an almost negative relationship with carbon monoxide production.

    Keywords: Low Temperature Combustion, RCCI, Start of Injection, Emission, CFD