عنوان: پایان نامه مکانیک سیالات در ایرودینامیک بدنه خودرو، مهندسي مکانیک

عنوان درس : کاربرد تکنولوژی پیشرفته در صنعت خودرو

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحه: 21

بهمراه فایل پاورپوینت ppt در ۳۲ اسلاید.

مکانیک سیالات در ایرودینامیک بدنه خودرو
 ازمشخصات هوای گذرنده حول بدنه ی خودرو میتوان فشار، تنش برشی ، دانسیته ، در
 حـرارت ، سرعت وشتاب را بر شمرد. بررسی نظری حرکت سیال به معنی محاسبه ی این مشخصات ، با توجه به شرایط مرزی و اولیه ی هر مساله است که از حل معادلات اساسی جریان وروابط بین مشخصات ترمودینامیکی و مکانیکی سیال بدست می اید . برای طراحی بدنه شرط لازم ، تشابه هندسی بین مدل ونمونه اصلی است . پارامتر بی بعد هم در اکثر موارد عدد رینولدز است (Re) ، که با فرض نبودن اثر تراکم پذیری و ثقلی (که در مورد خودروبرقرار است) ، میتوان نیروها و کمیتهای بی بعد مذکور راتابعی از ان دانست . یعنی F = f (Re) . نیروها و گشتاورهای منتقل شده به بدنه ی خودرو، یا درتونل باد (wind tunnel) ازازمایشهای مستقیم بدست می اید یا با انتگرالگیری از تنش برشی و فشارهای محاسبه شده روی بدنه ی خودرو حاصل میشود . لایه ی مرزی (Boundary layer) نقش عمده ای در نیروهای ایرودینامیکی داشته وبویژه هنگام جدایش لایه ی مرزی ، تاثیر عمده ای بر کل میدان جریان واثار ان میگذارد . در بررسی نظری ابتدا وجود لایه ی مرزی نادیده گرفته میشود وجریان را به طور غیرچسبنده (non friction ) مطالعه میکنند و سرعت وفشار بدست امده را ، سرعت وفشاربر روی لایه ی مرزی روی جسم میگیرند . این سرعت وفشار نقش اساسی بر شکل گیری وماندگاری لایه ی مرزی روی بدنه دارد. شکل جریان ومحل جدایش (separate point) بستگی به میزان اغتشاش (turbulent) لایه ی مرزی ویا عدد رینولدز دارد . برای این منظوربدنه خودرو طوری طراحی میشود که محل جدائی لایه مرزی در نقطه ای ثابت بماند ، مثلادربالای شیشه عقب خودرو. شیب سقف تا محل شیشه عقب راباید به گونه ای ساخت که ضمن بازیافت بیشترفشار(نگذاریم فشارافت شدید داشته باشد) ، جریان نیز روی بدنه بماند ودراخرین قسمت یعنی از روی شیشه عقب جدا شود.

تعریف علم ایرودینامیک (SCIENCE AERODYNAMIC)

 آیرودینامیک یا هواپویش شاخه ای ازعلم مکانیک ، بخش دینامیک گازها ودرحالت کلیتر، دینامیک سیالات است که به بررسی رفتارجریان هوا واثران بر اجسام متحرک می پردازد . منظورازحل یک مسئله ی ایرودینامیکی محاسبه میدان سرعت ، فشار و دمای هوای اطراف یک جسم است . برای این منظور باید معادلات حاکم بر جریان سیال را حل کرد ، سپس با کمک حل بدست آمده می توان نیروها و گشتاورهای وارد بر جسم را محاسبه کرد . ایرودینامیک بدنه خودرو بیشتر ایرودینامیک بیرونی تلقی می شود زیرا در مورد حرکت سیال در بخش بیرونی جسم بحث می کند . نیروهای مهم مورد بحث در ایرودینامیک خودرو به قرار زیر است Lift force & Drag force & Down force

DRAG FORCE
 نیروی drag از طریق یک اختلاف فشار بین عقب و جلو خودرو به وجود می آید . خودرو در طول حرکت به مولکولهای هوا نیرو وارد میکند . هرچه سرعت اتومبیل بیشتر باشد ( زیرصوت ) نیروی وارد بر مولکولهای هوا بیشتر شده و طبق اصل سوم نیوتن , عکس العمل آن , drag به وجود آمده هم بیشتر خواهد بود .
 در شکل زیر تاثیر هوای فشرده را که باعث پسا می شود ، در جلوی خودرو می بینیم

NOISE AROUND THE BODY
 جریان هوا پیرامون خودرو باعث ایجاد سر و صدا می شود . در اغلب موارد این سر و صدا ناشی از جدایی پریودیک جریان از یک بخش خاص خودرو مثل آینه ، برف پاک کن یا آنتن رادیو می باشد.
 به علت تناوبی بودن ایجاد گردابه های داخل جریان ، کل جریان ناپایدار خواهد بود . در یک نقطه ثابت از میدان جریان تمامی کمیات جریان با یک فرکانسی تغییر خواهند کرد .
 در سالهای اخیر پیشرفتهای زیادی در زمینه CFD انجام شده است که توسط آنها حل معادلات ناویر – استوکس مقدور می باشد . البته تنها به صرف شباهت جریان در محدوده محاسباتی با جریان واقعی نباید از این حقیقت چشم پوشید که هنوز جریان محاسباتی از نظر کمی کاملا به جریان حقیقی نزدیک نشده است.
WIND TUNNEL
تست کردن بخش مهمی از طراحی است . تست کردن نشان می دهد که ایده های تئوری و محاسباتی ، چگونه خودشان را در واقعیت نشان می دهند. به طور کلی یک تونل باد ، تونلی است با یک یا دو فن صنعتی بزرگ در یک انتهای تونل ، که یک جریان هوا در اطراف وسیله ایجاد می کند . خودرو در محلی به نام (Test section) درون تونل باد قرار می گیرد .

 در اغلب موارد سنسورهای فشار نیز استفاده می شوند. این سنسورها در جاهای مشخص شده از مسیر جریان هوا ، با اندازه گیری فشار ایجاد شده ، میزان Lift و Drag تولید شده به وسیله شکل بدنه خودرو را نشان می دهند.
 این کار به وسیله حسگرهای قوی در زیر چرخها انجام می گیرد که به علت جریان هوا در اطراف بدنه ، می تواند نیروها را در تمام جهات بدست آورد که این امر، نمائی خوب از Lift و Drag ایجاد شده به وسیله خودرو را برای طراحان ترسیم می کند تا طراحی و ارائه ی بدنه خودرو کامل تر و بهتر صورت گیرد.

TYPE OF TUNNEL
تونل های باد به 4 دسته ی Low speed /Tran sonic /Super sonic / Hyper sonic / تقسیم می شوند .
تونل بادهای سرعت پایین برای سرعت های خیلی کمتر از یک ماخ ، یعنی سرعت هایی که در Test sectin تقریبا h /400 km است استفاده می شوند.
طریقه کار به این صورت است که هوا به وسیله یک سیستم جلو برندگی ( Propulstion ) ساخته شده از فن های محوری خیلی قوی به جریان در می آید . این فن ها همچنین فشار دینامیک هوا را افزایش می دهند تا در مقطع تست که بدنه خودرو در آن قرار می گیرد و به علت Convergent شدن مقطع ، سرعت زیاد میشود ، افت فشار را جبران کند .
توان مورد نیاز برای ایجاد جریان هوای مطلوب ، 50 Mw به ازای هر متر مربع Test section میباشد .
تونل های باد Tran sonic برای دستیابی به سرعت های نزدیک صوت استفاده می شوند . در این حالت قسمت Test section باید سرعت بیشتری داشته باشد. البته مشکلاتی هم وجود دارد علی الخصوص مشکل مربوط به امواج ضربه ای (Shock Waves) که در نزدیکی صوت به وجود می آید .
برای سرعت های تا 5 Mach از Super sonic Tunnels و
برای سرعت های 5 Mach تا 15 Mach از Hyper sonic Tunnel
استفاده می شود . که این موارد بیشتر در صنعت هوا فضا کاربرد دارد .