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: Typ práce: Studijní obor: Specializace: Rok obhajoby: Vedoucí práce: Oponent práce:
Bc. Radim Tomášek diplomová 3909T001 Konstrukční a procesní inženýrství 3909T001-16 Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení 2007 doc. RNDr. Milada Kozubková, CSc. 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, 2007. 70 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 2,4,6,8,10 m s 1 . 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
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 0,011 . To znamená, že tato výplň má nejhorší prostup tepla a naopak nejlepší prostup tepla má žaluziová výplň - louvered fin pro rozměr d h 1mm a 25 0 při rychlosti v
2 m s 1 . 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 – louvered fin, a to 2mm a 20 0 při vstupní rychlosti v 4 m s 1 , protože má nejvyšší hodnotu tohoto poměru. Výsledek ostatních výplní je znázorněn v grafu 8.1. Grafické znázornění poměru Colbournova přenosového součinitele j na Fanningově třecím součinitele f v závislosti na rychlosti:
graf 8.1 3D izotermní proudění bylo jen kontrolním výpočtem pro žaluziovou výplň s rozměry 3mm a 20 0 . Tento výpočet byl z časových důvodů náročný, a proto byl počítán jen pro jednu rychlost v 6 m s 1 , a to a sloužil jen k ověření Fanningova třecího
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
Síť v softwaru Fluent
Fanningův třecí součinitel f
Vektorové znázornění rychlosti žaluziové výplně – louvered fin
0,350 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000 100 1mm_10º 2mm_20º
1000 1mm_15º 2mm_25º
1mm_20º 3mm_10º
Re číslo 1mm_25º 3mm_15º
2mm_10º 3mm_20º
10000
2mm_15º 3mm_25º
Grafické znázornění Fanningova třecího součinitele v závislosti na Reynoldsově čísle
3D síť ve Fluentu
Znázornění průběhu tlaků po celé délce modelu
