VŠB Technická univerzita Ostrava Fakulta strojní Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení

Transkript

1 VŠB Technická univerzita Ostrava Fakulta strojní Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení Název práce: 2D a 3D analýza proudění a přenosu tepla přes vlnovce automobilového chladiče Autor práce: Bc. Radim Tomášek Typ práce: diplomová Studijní obor: 3909T00 Konstrukční a procesní inženýrství Specializace: 3909T00-6 Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení Rok obhajoby: 2007 Vedoucí práce: doc. RNDr. Milada Kozubková, CSc. Oponent práce: Ing. Marek Buršík Anotace Tomášek, R. 2D a 3D analýza proudění a přenosu tepla přes vlnovce automobilového chladiče. Ostrava: Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení, Fakulta strojní, VŠB-TU Ostrava, s. Diplomová práce, vedoucí: Kozubková M. Diplomová práce se zabývá 2D a 3D analýzou proudění a přenosu tepla přes vlnovce automobilového chladiče. Touto analýzou vznikne databáze tří druhů výplní chladiče a to žaluziová výplň, trojúhelníková výplň a přesazených proužků. Tato databáze nám bude určovat výkonnostní konstantu výplně chladiče, na základě výpočtů fanningova třecího součinitele f a přenosového součinitele j. Výpočty pro 2D analýzu byly provedeny pro všechny zadané výplně jak pro izotermní tak neizotermní laminární proudění. A výpočet pro 3D analýzu byl proveden jen pro žaluziovou výplň a jen pro izotermní laminární proudění. Závěr Cílem této diplomové práce, kterou zadala firma Visteon Autopal Nový Jičín VŠB TU Ostravě, bylo vytvořit 2D a 3D analýzu proudění a přestupu tepla přes vlnovce automobilového chladiče. Zadané byly tři různé druhy výplní, a to žaluziová louvered fin, trojúhelníková plain fin a s přesazených proužků offset fin a pro všechny tyto výplně měly být zjištěny velikosti Fanningova třecího součinitele f a přenosového součinitele j při vstupních rychlostech v 2, 4, 6, 80, m s. Prvním úkolem bylo namodelovat geometrie pro všechny druhy výplní a poté vytvořit síť. Pro tyto dva úkoly byl použit softwaru Gambit a pro výpočet byl použit softwaru Fluent 6.2. Při výpočtu izotermního proudění všech výplní, a to žaluziové louvered fin, trojúhelníkové výplně plain fin, přesazených proužků offset fin, bylo zjištěno na základě velikosti Fanningova třecího součinitele f že pro malá Reynoldsova čísla a

2 žaluziových výplní pro malé úhly nastává nestabilní proudění. Nejmenší hodnota tohoto součinitele f byla v trojúhelníkové výplni plain fin f 0, 006 to znamená, že toto malé tření nestačí ochladit stěny výplně. Výplně s přesazenými proužky offset fin mají přibližně stejnou velikost Fanningova třecího součinitele f jako žaluziová výplň louvered fin s hydraulickým průměrem d h 2 a 3 mm. Při výpočtu neizotermního proudění, kde byl hlavním ukazatelem Colbournova přenosový součinitel j, byl tento ukazatel nejmenší v trojúhelníkové výplni plain fin j 0,0. To znamená, že tato výplň má nejhorší prostup tepla a naopak nejlepší 0 prostup tepla má žaluziová výplň - louvered fin pro rozměr d h mm a 25 při rychlosti v 2m s. Výplně s přesazených proužků offset fin jsou ve srovnání s výplní žaluziovou louvered fin horší, protože mají menší Colbournova přenosový součinitel j. To znamená, že teplota na stěně je pomaleji ochlazována než u žaluziové výplně. Aby bylo zjištěno, která výplň je nevhodnější, tedy která výplň měla nejlepší tyto dva parametry, se provedl výpočet poměru Colbournova přenosového součinitele j k Fanningova třecímu součiniteli f. Z tohoto poměru vyšlo, že nejlepší výplní je žaluziová 0 louvered fin, a to 2mm a 20 při vstupní rychlosti v 4 m s, protože má nejvyšší hodnotu tohoto poměru. Výsledek ostatních výplní je znázorněn v grafu 8.. Grafické znázornění poměru Colbournova přenosového součinitele j na Fanningově třecím součinitele f v závislosti na rychlosti: graf 8. 3D izotermní proudění bylo jen kontrolním výpočtem pro žaluziovou výplň s 0 rozměry 3mm a 20. Tento výpočet byl z časových důvodů náročný, a proto byl počítán jen pro jednu rychlost v 6 m s, a to a sloužil jen k ověření Fanningova třecího

3 součinitele f. Ve 2D tento součinitel měl hodnotu f 0, 069 a ve výpočtu 3D měl hodnotu f 0, 06 je to minimální rozdíl což nám kontrola 3D proudění potvrdila. Výstupy z práce: Mezichladič s turbodmychadlem v přeplňovaném motoru automobilu Mezichladič z desek a výplní pro automobily Žaluziová výplň Louvered fin

4 Fanningův třecí součinitel f Síť v softwaru Fluent Vektorové znázornění rychlosti žaluziové výplně louvered fin 0,350 0,300 0,250 0,200 0,50 0,00 0,050 0, Re číslo mm_0º mm_5º mm_20º mm_25º 2mm_0º 2mm_5º 2mm_20º 2mm_25º 3mm_0º 3mm_5º 3mm_20º 3mm_25º Grafické znázornění Fanningova třecího součinitele v závislosti na Reynoldsově čísle

5 3D síť ve Fluentu Znázornění průběhu tlaků po celé délce modelu

6