اندروني ڪمبشن انجڻين ۾ گرمي جي منتقلي جو تجزيو
پنڊال
هڪ اندروني ڪمبشن انجڻ (ICE) هڪ توانائي جي تبديلي جو اوزار آهي جيڪو ڪمبشن چيمبر ۾ ڪمبشن جي عمل ذريعي ايندھن جي ڪيميائي توانائي کي ميڪيڪل توانائي ۾ تبديل ڪري ٿو. هن عمل ۾، گرمي جي منتقلي هڪ مرڪزي ڪردار ادا ڪري ٿي ڇاڪاڻ ته اهو انجن جي ڪارڪردگي، ڪارڪردگي، اخراج ۽ اعتبار کي طئي ڪري ٿو. ڪمبشن ذريعي پيدا ٿيندڙ گرمي مڪمل طور تي ڪرينڪ شافٽ ۾ مفيد ڪم ۾ تبديل نه ٿيندي آهي؛ ڪجهه ايگزاسٽ گيسن ذريعي ضايع ٿي ويندي آهي، ڪجهه سلنڈر جي ڀتين، پسٽن ۽ سلنڈر هيڊز ڏانهن منتقل ڪئي ويندي آهي، ۽ پوءِ کولنگ ۽ لوبريڪيشن سسٽم ۾ خارج ڪئي ويندي آهي. تنهن ڪري، اندروني ڪمبشن انجڻ ۾ گرمي جي منتقلي جو تجزيو وڌيڪ توانائي-موثر، طاقتور، ۽ پائيدار انجن کي ڊزائين ڪرڻ ۾ هڪ اهم بنياد آهي.
گرمي جي منتقلي جا ذريعا ۽ رستا
عام طور تي، اندروني ڪمبشن انجڻ ۾ گرمي هوا-ايندھن جي ميلاپ جي ڪمبشن رد عمل مان ايندي آهي. ڪمبشن کان پوءِ، سلنڈر ۾ گئس جو گرمي پد چوٽي جي حالتن ۾ 2000 ڪلو ويٽ کان مٿي پهچي سگهي ٿو، گرم گئس ۽ نسبتاً ٿڌي ڌاتو جي مٿاڇري جي وچ ۾ هڪ اهم گرمي پد گريڊينٽ پيدا ڪري ٿو. نتيجي طور، گرمي گئس کان انجن جي حصن ڏانهن ٽن مکيه طريقن ذريعي وهندي آهي: وهڪري، وهڪري، ۽ تابڪاري.
گرمي جي منتقلي جا مکيه رستا هن ريت بيان ڪري سگهجن ٿا:
1. گرم گئس → ڪمبشن چيمبر جي مٿاڇري (سلنڈر وال، سلنڈر هيڊ، پسٽن جي مٿاڇري) ڪنوڪشن ۽ تابڪاري ذريعي.
2. ڪمبشن چيمبر جي مٿاڇري → مواد جي اندروني حصي ذريعي وهڪري.
3. مواد → ماحول، کولنٽ (ريڊيئيٽر) ۽ چکڻ واري تيل تائين، ۽ آخرڪار چوڌاري هوا تائين، ڪنوڪشن ذريعي.
انهن رستن کي سمجهڻ سان انجنيئرن کي نازڪ علائقن جو تعين ڪرڻ ۾ مدد ملندي آهي جن کي بهتر ٿڌي يا وڌيڪ گرمي پد جي مزاحمتي مواد جي ضرورت هوندي آهي.
سلنڈر ۾ ڪنوڪشن
گھڻي ڀاڱي انجن جي آپريٽنگ حالتن ۾ ڪنوڪشن غالب طريقو آهي. ڪمبشن چيمبر ۾ ڪنوڪشن گرمي جي منتقلي جو ڪوئفيشينٽ گئس جي وهڪري جي ٽربولنس، پسٽن جي رفتار، ڪمبشن چيمبر جي شڪل، ۽ ڪمبشن جي حالتن کان تمام گهڻو متاثر ٿئي ٿو.
ڪمپريشن ۽ ڪمبشن اسٽروڪ دوران، پسٽن جي حرڪت ۽ انٽيڪ پورٽ ڊيزائن جي ڪري گئس جو وهڪرو تمام گهڻو تيز ٿي ويندو آهي، جيڪو گھمڻ ۽ ٽمبل کي جنم ڏئي ٿو. هي ٽربولنس گرمي جي منتقلي جي کوٽائي (h) کي وڌائي ٿو، ان ڪري گئس کان ڀت ڏانهن گرمي جي منتقلي جي شرح وڌائي ٿو. سادي لفظن ۾، ڪنوڪشن گرمي جي منتقلي جي شرح کي هن طرح لکي سگهجي ٿو:
\[
\dot{Q}_{conv} = hA(T_g – T_w)
\]
جتي \(A\) گرمي جي منتقلي جي مٿاڇري واري ايراضي آهي، \(T_g\) گئس جو گرمي پد، ۽ \(T_w\) ڀت جو گرمي پد. جيئن ته گئس جو گرمي پد هڪ چڪر دوران تيزي سان تبديل ٿئي ٿو، هڪ حقيقي تجزيو عام طور تي عارضي هوندو آهي (وقت/ڪرينڪ رفتار سان تبديل ٿيندڙ).
انجن جي مطالعي ۾، تجرباتي لاڳاپا (مثال طور، ووشني) اڪثر ڪري سلنڈر جي دٻاءُ، گئس جي گرمي پد، ۽ خاصيت واري وهڪري جي رفتار جي بنياد تي \(h\) جو اندازو لڳائڻ لاءِ استعمال ڪيا ويندا آهن. اهڙا لاڳاپا اهم آهن ڇاڪاڻ ته سلنڈر ۾ وهڪري پيچيده ۽ خالص تجزياتي طور تي حل ڪرڻ ڏکيو آهي.
باهه ۽ گرم گئسن مان حرارتي تابڪاري
ڪنوڪشن کان علاوه، تابڪاري پڻ حصو وٺندي آهي، خاص طور تي ڊيزل انجڻين ۾ ۽ وڌيڪ لوڊ حالتن ۾. ڊيزل انجڻين ۾، ڊفيوژن ڪمبشن هڪ اهم مقدار ۾ سوٽ پيدا ڪري ٿو، جيڪو گئس جي اخراج کي وڌائي ٿو، تابڪاري کي وڌيڪ اهم بڻائي ٿو. تابڪاري شعلي ۽ ڪمبشن شين مان ڪمبشن چيمبر جي ڀتين جي مٿاڇري ڏانهن منتقل ٿئي ٿي.
شعاع واري گرمي جي منتقلي جي شرح عام طور تي اسٽيفن-بولٽزمان قانون جي پيروي ڪري ٿي:
\[
\dot{Q}_{rad} = \varepsilon \sigma A(T_g^4 – T_w^4)
\]
گئس/شعلي جي اثرائتي اخراج جي \(\sigma\) ۽ اسٽيفن-بولٽزمان ڪانسٽنٽ سان. ڇاڪاڻ ته اهو گرمي پد جي چوٿين طاقت تي منحصر آهي، جڏهن چوٽي جي ٻرندڙ گرمي پد وڌيڪ هوندو آهي ته تابڪاري تيزي سان وڌي ويندي آهي. جڏهن ته، عملي طور تي، \(\varepsilon\) جو اندازو لڳائڻ آسان ناهي ڇاڪاڻ ته اهو گئس جي جوڙجڪ، سوٽ ذرڙن، ۽ ٻرندڙ چيمبر جي جاميٽري کان متاثر ٿئي ٿو.
مشين جي حصن ۾ وهڪري
ڪمبشن چيمبر جي مٿاڇري ذريعي جذب ٿيندڙ گرمي مواد جي اندروني حصي تائين وهڪري ذريعي سفر ڪندي. جزوي مواد عام طور تي ايلومينيم مصر (پسٽن، ڪجهه سلنڈر هيڊ) يا ڪاسٽ آئرن ۽ اسٽيل (سلنڈر بلاڪ، لائنر، والوز) هوندا آهن. وهڪري فوريئر جي قانون ذريعي ظاهر ڪئي ويندي آهي:
\[
\ڊٽ{ق}_{حالت} = -kA\frac{dT}{dx}
\]
جتي \(k\) مواد جي حرارتي چالکائي آهي. ايلومينيم ۾ ڪاسٽ آئرن جي ڀيٽ ۾ وڌيڪ چالکائي آهي، جيڪا ان کي گرمي کي وڌيڪ جلدي ختم ڪرڻ جي اجازت ڏئي ٿي، مقامي چوٽي جي گرمي پد کي گهٽائي ٿي ۽ گرم هنڌن جو خطرو گهٽائي ٿي. جڏهن ته، ايلومينيم ۾ ڪجهه لوهه تي ٻڌل مواد جي ڀيٽ ۾ گهٽ اعلي درجه حرارت جي طاقت پڻ آهي، تنهن ڪري ڊيزائن کي گرمي جي ضايع ٿيڻ ۽ ساخت جي استحڪام جي وچ ۾ سمجهوتو جي ضرورت آهي.
پسٽن لاءِ ڪنڊڪشن تمام ضروري آهي: پسٽن جي ڪرائون مان گرمي کي پسٽن جي رِنگز، اسڪرٽ، ۽ آخرڪار سلنڈر جي ڀتين ۽ تيل ڏانهن منتقل ڪيو وڃي. جيڪڏهن ڪنڊڪشن جو رستو نا مناسب آهي، ته پسٽن کي تمام گهڻو ڦهلاءُ، تيز پائڻ، ۽ ڌماڪي يا پري-اگنيشن جي ڪري نقصان به ٿي سگهي ٿو.
ٿڌي ۽ لوبريڪيشن سسٽم ڏانهن گرمي جي منتقلي
سلنڈر جي ڀتين ۽ سلنڈر هيڊ تائين پهچڻ واري گرمي پوءِ ڪنوڪشن ذريعي ڪولنٽ (واٽر جيڪٽ) ڏانهن منتقل ڪئي ويندي آهي. ڪولڊنگ سسٽم انجن جي آپريٽنگ گرمي پد کي بهترين حد اندر برقرار رکي ٿو ته جيئن مستحڪم تيل جي ويسڪوسيٽي، موثر ٻرڻ، ۽ جزو جي حرارتي خرابي کي روڪي سگهجي.
ٻئي طرف، چکڻ وارو تيل پڻ ٿڌي ڪرڻ واري وچولي طور ڪم ڪري ٿو، خاص طور تي پسٽن (آئل جيٽس ذريعي)، بيئرنگ، ۽ تيز رگڙ وارن علائقن لاءِ. جيتوڻيڪ تيل جي ٿڌي ڪرڻ جي صلاحيت عام طور تي ٿڌي ڪرڻ جي صلاحيت کان گهٽ هوندي آهي، پر ان جو ڪردار مقامي گرمي پد کي ڪنٽرول ڪرڻ ۽ ٽرائبولوجيڪل ناڪامي (پائڻ ۽ ڇڪڻ) کي روڪڻ ۾ اهم آهي.
انجن جي توانائي جي تجزيي ۾، گرمي کي عام طور تي ورهايو ويندو آهي: اثرائتو ڪم، ڪولنٽ کي گرمي، تيل کي گرمي، ۽ ايگزاسٽ گيس اينٿالپي. انهن حصن جي شدت انجڻ جي قسم، ڪمپريشن تناسب، ڪمبشن حڪمت عملي، ۽ کولنگ سسٽم ڊيزائن تي منحصر آهي.
گرمي جي منتقلي جو ڪارڪردگي تي اثر
سلنڈر جي ڀت تي گرمي جو نقصان ڪم پيدا ڪرڻ لاءِ موجود توانائي کي گھٽائي ٿو. ٿرموڊائنامڪ نقطه نظر کان، اهي انجن جيڪي ڀت تي گرمي جي منتقلي کي گھٽ ڪن ٿا (گرمي پد جي مسئلن کي متعارف ڪرائڻ کان سواءِ) انهن ۾ وڌيڪ حرارتي ڪارڪردگي هجڻ جي صلاحيت آهي. بهرحال، گرمي جي منتقلي کي گهٽائڻ هميشه آسان ناهي ڇاڪاڻ ته جزو جي گرمي پد کي مواد ۽ لوبريڪيشن جي حد کان هيٺ رهڻ گهرجي.
ڪجھ طريقا، جيئن پسٽن يا سلنڈر هيڊز تي تھرمل بيريئر ڪوٽنگ، مواد ۾ گرمي جي وهڪري کي گھٽائي سگھن ٿا. تاهم، اهي تبديليون گئس جي گرمي پد کي وڌائي سگهن ٿيون، ممڪن طور تي پيٽرول ۽ ڊيزل انجڻين ۾ NOx ٺهڻ کي وڌائي سگهن ٿيون ۽ پيٽرول انجڻين ۾ دٻجڻ جو خطرو وڌائي سگهن ٿيون. تنهن ڪري، گرمي جي منتقلي کي بهتر ڪرڻ ۾ هميشه ڪارڪردگي، اخراج، ۽ استحڪام جي وچ ۾ واپار شامل هوندو آهي.
عارضي تجزيو ۽ درجه حرارت جي ورڇ
انجن جا چڪر تيز آهن (مثال طور، 2000 rpm جو مطلب آهي 33,3 انقلاب في سيڪنڊ)، تنهن ڪري گئس جو گرمي پد هر چڪر سان تيزي سان بدلجي ٿو. ڀت جي مٿاڇري تي مواد جي حرارتي ماس جي ڪري گرمي پد ۾ گهٽ تبديليون اينديون آهن. تنهن ڪري، انجن ۾ گرمي جي منتقلي جي تجزيي کي عام طور تي هڪ عارضي طريقي جي ضرورت هوندي آهي: گئس جو گرمي پد ڪرينڪ جي رفتار، ڪنوڪشن ڪوفيشينٽس کي تبديل ڪرڻ، ۽ متغير تابڪاري حالتن جي ڪم جي طور تي.
گرمي پد جي ورڇ هڪجهڙي نه آهي. ايگزاسٽ والو جي ويجهو علائقو اڪثر گرم ترين جڳهه هوندو آهي ڇاڪاڻ ته ايگزاسٽ گيس تمام گرم هونديون آهن ۽ والو مان وهنديون آهن. هي گرم جڳهه سلنڈر هيڊ ۾ ٿرمل ڪريڪنگ يا والو جي جلڻ جو سبب بڻجي سگهي ٿي جيڪڏهن کولنگ ڪافي نه هجي. تنهن ڪري، واٽر جيڪٽ ڊيزائن، والو مواد جي چونڊ، ۽ کولنگ حڪمت عملي اهم آهن.
ڊيزائن جا اثر ۽ ڪنٽرول حڪمت عمليون
گرمي جي منتقلي جو تجزيو ڪيترن ئي اهم ڊيزائن فيصلن کي هلائي ٿو:
1. ڪمبسشن چيمبر جي جاميٽري: مٿاڇري جي ايراضي، طوفان، ۽ گرمي جي ورڇ کي متاثر ڪري ٿو. وڏي مٿاڇري واري ايراضي سان ڪمبسشن چيمبر گرمي جي نقصان کي وڌائيندا آهن.
2. مواد ۽ ڪوٽنگ: مناسب حرارتي چالکائي ۽ گرمي پد جي مزاحمت چونڊيو.
3. موافقت وارو کولنگ سسٽم: ٿرموسٽٽ، متغير برقي پمپ، ۽ ڪولنٽ فلو ڪنٽرول مختلف لوڊ تي بهترين درجه حرارت برقرار رکڻ لاءِ.
4. ڪمبسشن مئنيجمينٽ: اگنيشن/انجيڪشن ٽائيمنگ، اي جي آر، ۽ ڪارڪردگي ۽ اخراج کي متوازن ڪرڻ لاءِ مرکب حڪمت عملي.
5. لوبريڪيشن آپٽمائيزيشن: پسٽن آئل جيٽ ۽ آئل سرڪيوليشن ڊيزائن پسٽن ۽ بيئرنگ جي گرمي پد کي گهٽائڻ لاءِ.
نتيجو
اندروني ڪمبشن انجڻ ۾ گرمي جي منتقلي هڪ پيچيده رجحان آهي جنهن ۾ سلنڈر گيسن جو تيز رفتار ڪنوڪشن، شعلي ۽ گرم گيسن مان تابڪاري، ۽ انجن جي حصن ذريعي کولنگ ۽ لوبريڪيشن سسٽم ڏانهن وهڪري شامل آهي. هڪ آواز جو تجزيو ڊيزائنرز کي توانائي جي نقصان کي سمجهڻ، جزو جي گرمي پد کي ڪنٽرول ڪرڻ، ۽ اخراج ۽ اعتبار کي برقرار رکڻ دوران ڪارڪردگي کي بهتر بڻائڻ جي قابل بڻائي ٿو. جديد گاڏين سان گڏ وڌندڙ ايندھن جي استعمال ۽ اخراج جي گهرج سان، گرمي جي منتقلي جي تجزيي جي مهارت تيزي سان اهم ٿي رهي آهي، ٻنهي روايتي انجنن ۽ جديد ڪمبشن ٽيڪنالاجي وارن لاءِ.
جيڪڏهن توهان چاهيو ته، مان هن مضمون کي هن سان مڪمل ڪري سگهان ٿو: (1) سلنڈر وال جي گرمي وهڪري جي حساب ڪتاب جي هڪ سادي مثال، (2) پيٽرول بمقابله ڊيزل انجڻ جو هڪ عام توانائي وهڪري جو ڊاگرام (گرمي توازن)، يا (3) سائنسي بنياد کي مضبوط ڪرڻ لاءِ ڪتاب/جرنل جي حوالن جي هڪ فهرست.
