جلسه دفاع پایان¬نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
موضوع: شبیه سازی سه بعدی جریان عبوری از دوخودرو ساکن/متحرک پشت‌سرهم همراه با پخش گاز از اگزوز آنها
استاد راهنما: دکتر احمد سوهانکار
استاد مشاور: دکتر ایمان چیت ساز
استادان داور: دکتر محسن دوازده امامی – دکتر محمدرضا سلیم پور
چکیده
جریان هوا پیرامون وسایل نقلیه و انتشار گازهای خروجی از اگزوز به ساختار جریان اطراف بدنه و ناحیه پایین‌دست آن وابسته هستند. این موضوع در آرایش خودروهای پشت‌سرهم اهمیت بیشتری پیدا می‌کند، زیرا خودروی پیرو تحت تاثیر میدان جریان ایجادشده توسط خودروی پیشرو قرار می‌گیرد و فاصله میان خودروها می‌تواند علاوه بر نیروهای آیرودینامیکی، نحوه انتقال و رقیق‌شدن گاز خروجی از اگزوز را نیز تغییر دهد. در پژوهش حاضر، جریان سه‌بعدی پیرامون یک و دو خودروی پشت‌سرهم با استفاده از بدنه احمد با زاویه سطح شیب‌دار عقب ۳۵ درجه شبیه‌سازی شد و نحوه انتشار CO₂ خروجی از اگزوز بررسی گردید. محاسبات با استفاده از نرم‌افزار انسیس فلوئنت و مدل انتقال گونه‌ها انجام شدند. سرعت مبنای جریان آزاد ۹۰ کیلومتر بر ساعت بود و برای حالات منتخب، سرعت‌های ۷۰ و ۱۱۰ کیلومتر بر ساعت نیز بررسی شدند. سرعت‌های ۷۰، ۹۰ و ۱۱۰ کیلومتر بر ساعت به‌ترتیب متناظر با اعداد رینولدز تقریبی 39/1 میلیون، 79/1 میلیون و 18/2 میلیون هستند. همچنین شرایط زمین ثابت و متحرک مورد مطالعه قرار گرفت. در آرایش دوخودرو، چهار فاصله بدون بعد با طول خودر d*=0.5، d*=1، d*=1.5 و d*=2 بررسی شدند. برای ارزیابی روش عددی، مطالعه استقلال شبکه انجام و نتایج تک‌خودرو با داده‌های تجربی مقایسه شدند. میدان سرعت محوری بی‌بعد و توزیع ضریب فشار روی پیشانی نیز با داده‌های مرجع سازگاری مناسبی نشان دادند. نتایج تک‌خودرو نشان دادند که حرکت زمین تاثیر محدودی بر ضریب درگ، اما تاثیر بیشتری بر ضریب لیفت دارد. در سرعت ۹۰ کیلومتر بر ساعت و حالت بدون اگزوز، متحرک‌شدن زمین ضریب درگ را از ۲۸۰/۰ به ۲۷۶/۰ و ضریب لیفت را از ۰۶۲/۰ به ۰۳۲/۰ کاهش داد. اعمال جریان خروجی از اگزوز نیز با حدود ۴ درصد کاهش ضریب درگ و افزایش ضریب لیفت همراه بود. طول بدون بعد ناحیه بازچرخش در شش حالت تک‌خودرو در بازه ۳۷۳/۰ تا ۳۸۶/۰ قرار داشت. بررسی انتشار CO₂ نیز نشان داد که کسر جرمی پس از خروج از اگزوز به‌سرعت کاهش می‌یابد و به دلیل خارج از مرکز بودن دهانه اگزوز، توزیع آن در پایین‌دست نامتقارن باقی می‌ماند. در آرایش دوخودرو، فاصله میان خودروها تاثیر قابل توجهی بر رفتار آیرودینامیکی داشت و پاسخ خودروهای پیشرو و پیرو به تغییر فاصله یکسان نبود. در حالت بدون اگزوز، زمین ثابت و سرعت ۹۰ کیلومتر بر ساعت، ضریب درگ خودروی پیشرو در d*=0.5 برابر ۱۳۵/۰ بود که حدود ۸/۵۱ درصد کمتر از مقدار تک‌خودرو است. با افزایش فاصله، این ضریب در d*=2 به ۲۷۴/۰ رسید و به مقدار تک‌خودرو نزدیک شد. در مقابل، ضریب درگ خودروی پیرو در تمام فواصل از مقدار تک‌خودرو بیشتر باقی ماند و حتی در d*=2 نیز حدود ۱۰ درصد بیشتر بود. بررسی میدان سرعت و فشار نشان داد که اثر خودروی پیرو بر پیشرو عمدتا در ناحیه عقب پیشرو ظاهر می‌شود، در حالی که خودروی پیرو مستقیما تحت تاثیر دنباله خودری پیشرو قرار دارد و فشار پیشانی آن نسبت به فاصله حساس‌تر است. همچنین نتایج ناحیه بازچرخش نشان دادند که با افزایش فاصله، رفتار جریان پشت خودروی پیشرو سریع‌تر به حالت تک‌خودرو نزدیک می‌شود، در حالی که آثار حضور خودروی پیشرو در میدان جریان خودروی پیرو حتی در بزرگ‌ترین فاصله بررسی‌شده همچنان قابل مشاهده است. نتایج انتشار CO₂ در آرایش دوخودرو نشان دادند که در d*=0.5، فاصله موجود برای رقیق‌شدن CO₂ خروجی از اگزوز پیشرو محدود است و این گونه با مقادیر بالاتر به ناحیه خودروی پیرو می‌رسد. در این فاصله، مقدار و گستردگی CO₂ روی پیشانی و بخش‌هایی از سطوح جانبی پیرو بیشتر بود. با افزایش فاصله، فرصت بیشتری برای اختلاط و رقیق‌شدن فراهم شد و میزان CO₂ رسیده به پیرو کاهش یافت؛ به‌طوری‌که در بسیاری از نواحی نتایج d*=1.5 و d*=2 به یکدیگر نزدیک بودند. بررسی صفحات عرضی نیز نشان داد که کاهش کسر جرمی و افزایش گستردگی فضایی ناحیه حاوی CO₂ لزوما روند یکسانی ندارند و برای ارزیابی انتشار، مقدار کسر جرمی و نحوه گسترش فضایی آن باید هم‌زمان در نظر گرفته شوند. در مجموع، فاصله میان خودروها عامل مهمی در تعیین شدت برهم‌کنش آیرودینامیکی، ساختار جریان و نحوه انتقال و رقیق‌شدن CO₂ بود و تاثیر آن در فواصل کوچک برجسته‌تر مشاهده شد.
