Mô phỏng dòng chất lỏng trong két nước của Ô tô bằng ansys fluent, Xem xét nhiệt độ của két nước thay đổi như thế nào,
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Lý do chọn đề tài
Việc lựa chọn đề tài mô phỏng dòng chảy két nước làm mát ô tô thường xuất phát từ những lý do sau:
1 Tầm quan trọng của hệ thống làm mát trong ô tô: Hệ thống làm mát là một trong những hệ thống quan trọng nhất của ô tô, giúp duy trì nhiệt độ của động cơ trong phạm vi an toàn và đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định của xe Một hệ thống làm mát hoạt động không hiệu quả có thể dẫn đến quá nhiệt động cơ, gây hư hỏng nghiêm trọng và giảm tuổi thọ của xe.
2 Tối ưu hóa thiết kế: Mô phỏng dòng chảy trong két nước cho phép các kỹ sư nghiên cứu và tối ưu hóa thiết kế để tăng cường hiệu quả làm mát Việc mô phỏng giúp hiểu rõ cách mà nước và không khí di chuyển qua két nước, từ đó đưa ra các cải tiến trong thiết kế để tăng cường khả năng tản nhiệt và giảm thiểu tổn thất năng lượng.
3 Tiết kiệm chi phí và thời gian phát triển: Thay vì thử nghiệm vật lý trên các mẫu thử, việc sử dụng mô phỏng giúp giảm chi phí và thời gian phát triển sản phẩm.
Mô phỏng cho phép thử nghiệm nhiều thiết kế khác nhau trong môi trường ảo trước khi chọn phương án tốt nhất để sản xuất.
4 Đối phó với các yêu cầu môi trường nghiêm ngặt: Với những yêu cầu ngày càng nghiêm ngặt về hiệu suất năng lượng và kiểm soát phát thải, việc tối ưu hóa hệ thống làm mát thông qua mô phỏng có thể giúp xe đáp ứng được các tiêu chuẩn môi trường mà không cần phải tốn kém trong các cải tiến thực tế.
5 Đào tạo và phát triển kỹ năng: Việc thực hiện mô phỏng dòng chảy trong két nước không chỉ là một bài tập kỹ thuật mà còn là cơ hội để các kỹ sư hoặc sinh viên phát triển kỹ năng sử dụng các phần mềm mô phỏng như ANSYS Fluent Điều này có thể tạo ra lợi thế cạnh tranh trong nghề nghiệp, đặc biệt trong các ngành liên quan đến thiết kế và phát triển ô tô.
6 Nghiên cứu và phát triển công nghệ mới: Với sự phát triển của các công nghệ mới, như xe điện và xe hybrid, việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống làm mát phù hợp trở nên cực kỳ quan trọng Mô phỏng dòng chảy két nước giúp các nhà nghiên cứu và kỹ sư khám phá các giải pháp làm mát mới, thích ứng với các yêu cầu của các công nghệ này.
Trong quá trình hoạt động, động cơ ô tô liên tục sinh nhiệt, đòi hỏi hệ thống làm mát để ngăn ngừa quá nhiệt và hư hỏng Hệ thống làm mát đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và hiệu quả Trong ngành công nghiệp ô tô, két nước nhôm là giải pháp phổ biến, giúp hạ một phần nhiệt độ nhưng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu tản nhiệt khi động cơ hoạt động ở công suất cao.
Mô phỏng động lực học chất lỏng tính toán (CFD) đóng vai trò quan trọng trong thiết kế và tối ưu hóa két nước ô tô CFD cho phép tái tạo và phân tích dòng chảy chi tiết, đánh giá hiệu suất, dự đoán hiện tượng dòng chảy bên trong bề mặt két và tạo ra thiết kế tối ưu So với thử nghiệm truyền thống, CFD tiết kiệm chi phí, rút ngắn thời gian phát triển và đánh giá được nhiều phương án thiết kế Đề tài này mang tính thực tiễn cao, đồng thời mở ra cơ hội học tập và nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực ô tô và nhiệt học.
Mục tiêu thực hiện đề tài
Mục tiêu của việc mô phỏng dòng chảy két nước làm mát ô tô bằng ANSYS Fluent là để:
1 Phân tích hiệu quả làm mát: Đánh giá khả năng trao đổi nhiệt của két nước và hệ thống làm mát, đảm bảo rằng nhiệt độ động cơ được duy trì trong phạm vi an toàn.
2 Tối ưu hóa thiết kế: Xác định và cải thiện các yếu tố thiết kế của két nước để tăng cường hiệu quả làm mát và giảm thiểu tổn thất năng lượng.
3 Phát hiện vấn đề tiềm ẩn: Xác định các điểm nóng, vùng chảy xoáy, hoặc các khu vực có khả năng gây ra hiệu suất làm mát kém hoặc hư hỏng theo thời gian.
4 Tiết kiệm chi phí: Giảm chi phí phát triển bằng cách thay thế các thử nghiệm vật lý tốn kém bằng các mô phỏng số.
5 Nâng cao độ tin cậy: Đảm bảo rằng hệ thống làm mát hoạt động ổn định trong các điều kiện vận hành khác nhau, giúp nâng cao độ tin cậy của xe.
Các bước tiến hành
Để mô phỏng dòng chảy trong két nước làm mát ô tô bằng ANSYS Fluent, các bước tiến hành cơ bản thường bao gồm:
1 Tạo mô hình (Geometry Creation):
- Sử dụng ANSYS DesignModeler hoặc SpaceClaim để xây dựng hoặc nhập mô hình 3D của két nước và các phần liên quan.
- Đảm bảo hình học của hệ thống là kín và các chi tiết nhỏ không cần thiết đã được lược bỏ để giảm độ phức tạp của mô hình.
- Sử dụng công cụ ANSYS Meshing để tạo lưới cho mô hình Lưới càng mịn thì kết quả càng chính xác, nhưng cũng làm tăng thời gian tính toán.
- Chú ý tạo lưới dày hơn ở những vùng có gradient lớn, như gần bề mặt trao đổi nhiệt hoặc vùng xung quanh cánh tản nhiệt.
3 Thiết lập mô phỏng (Setup):
Lựa chọn mô hình dòng chảy thích hợp là yếu tố quan trọng trong mô phỏng dòng chảy lưu chất Các mô hình phổ biến gồm dòng chảy tầng và rối Đối với mô hình dòng chảy tầng, phương pháp giải toán như laminar có thể được sử dụng Trong khi đó, đối với mô hình dòng chảy rối, các phương pháp như k-epsilon, k-omega SST có thể được áp dụng để tính toán độ nhớt rối và nắm bắt các đặc tính phức tạp của dòng chảy.
Xác định điều kiện biên bằng cách xác định các điều kiện đầu vào, đầu ra và bề mặt nhiệt cho mô hình Các điều kiện này có thể bao gồm lưu lượng hoặc áp suất ở đầu vào, nhiệt độ tường, nhiệt lượng sinh ra, v.v.
- Thiết lập mô hình nhiệt động học đòi hỏi sự xác định và cấu hình các thông số như nhiệt độ, dòng nhiệt hoặc truyền nhiệt đối lưu khi cần mô phỏng truyền nhiệt.
- Kiểm tra các thiết lập trước khi chạy mô phỏng.
- Chạy mô phỏng trong Fluent Quá trình này có thể mất thời gian tùy thuộc vào kích thước và độ phức tạp của mô hình.
5 Hậu xử lý kết quả (Post-Processing):
- Sử dụng ANSYS Fluent hoặc ANSYS CFD-Post để xem xét và phân tích kết quả.
Đánh giá các thông số quan trọng như dòng chảy, nhiệt độ, áp suất giúp xác định điều kiện vận hành của hệ thống, vùng có khả năng xảy ra hiện tượng đặc biệt như dòng xoáy hay điểm nóng cũng cần được xác định để đưa ra giải pháp phù hợp, đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành.
6 Tối ưu hóa thiết kế (Optimization - nếu cần thiết):
- Dựa trên kết quả mô phỏng ban đầu, thực hiện các thay đổi thiết kế để cải thiện hiệu suất làm mát.
- Lặp lại quá trình mô phỏng với các thiết kế cải tiến để tìm ra phương án tối ưu.
7 Báo cáo kết quả (Reporting): Tổng hợp và trình bày các kết quả mô phỏng dưới dạng báo cáo, bao gồm cả đồ thị, bảng số liệu, và phân tích chi tiết.
Giới thiệu chung về két nước ô tô
Hệ thống làm mát của ô tô không thể thiếu bộ phận két nước, hay còn được gọi là bộ tản nhiệt Vai trò của két nước là thải nhiệt độ cho động cơ, ngăn chặn tình trạng quá nhiệt, đảm bảo động cơ vận hành ổn định và lâu bền.
1 Giải nhiệt động cơ: Khi động cơ hoạt động, quá trình đốt cháy nhiên liệu sinh ra một lượng nhiệt rất lớn Két nước giúp loại bỏ nhiệt dư thừa này bằng cách dẫn nước làm mát qua các đường ống bên trong, sau đó nước được làm mát bằng không khí thông qua các lá tản nhiệt.
2 Duy trì nhiệt độ ổn định: Két nước giúp duy trì nhiệt độ động cơ ở mức ổn định, đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả và ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt, có thể gây hỏng hóc nghiêm trọng.
3 Bảo vệ các bộ phận động cơ: Nếu động cơ bị quá nhiệt, các bộ phận như piston, xy lanh và gioăng có thể bị biến dạng hoặc hư hỏng Két nước giúp giảm thiểu nguy cơ này, kéo dài tuổi thọ của động cơ và các bộ phận liên quan.
4 Tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải: Một động cơ được duy trì ở nhiệt độ lý tưởng sẽ hoạt động hiệu quả hơn, từ đó tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải phát sinh.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu về phần mềm mô phỏng
Giải động lực học chất lỏng tính toán (CFD) là kỹ thuật số hóa được dùng để phân tích và giải quyết các bài toán dòng chảy chất lỏng, khí và trao đổi nhiệt CFD cho phép các nhà nghiên cứu và kỹ sư mô phỏng và thẩm định các hiện tượng cơ học chất lỏng thông qua các phương trình toán học mô tả định luật vật lý, chẳng hạn như phương trình Navier-Stokes.
Hình 3: Mô phỏng dòng khí trong cổ góp nạp ô tô.
- Các bước trong quy trình CFD
1 Tạo hình học (Geometry Creation): Tạo hoặc nhập mô hình 3D của đối tượng hoặc hệ thống cần phân tích.
2 Chia lưới (Meshing): Chia nhỏ không gian xung quanh đối tượng thành các phần tử nhỏ (mesh) để tính toán.
3 Thiết lập mô hình (Setup): Xác định các điều kiện biên, chọn mô hình vật lý phù hợp (dòng chảy, nhiệt độ, áp suất, v.v.).
4 Giải bài toán (Solution): Sử dụng các thuật toán số để giải các phương trình cơ bản mô tả dòng chảy và trao đổi nhiệt.
5 Hậu xử lý kết quả (Post-Processing): Phân tích kết quả bằng cách sử dụng các công cụ đồ họa và thống kê để hiểu rõ các đặc điểm của dòng chảy và nhiệt độ trong hệ thống.
Tiết kiệm đáng kể về chi phí và thời gian là một trong những lợi ích chính của CFD Bằng cách cho phép thực hiện nhiều phép thử nghiệm ảo, CFD loại bỏ nhu cầu chế tạo các mô hình vật lý, qua đó giúp tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí phát triển sản phẩm.
Phân tích chi tiết của CFD cung cấp thông số cụ thể về tốc độ dòng chảy, áp suất và nhiệt độ tại mọi điểm trong mô hình Điều này cho phép hiểu sâu hơn về hiệu suất cũng như đặc tính của dòng chảy và truyền nhiệt.
CFD hỗ trợ thử nghiệm và tối ưu hóa nhiều thiết kế khác nhau để đạt hiệu quả cao nhất trước khi sản xuất thực tế Điều này cho phép các nhà thiết kế đánh giá các thiết kế thay thế, cải thiện hiệu suất tổng thể và giảm chi phí liên quan đến việc sản xuất các thiết kế không đáp ứng thông số kỹ thuật.
An toàn và khả năng tái tạo là những lợi ích đáng kể của CFD Chúng cho phép mô phỏng các tình huống nguy hiểm mà không gây ra rủi ro thực tế, giúp các nhà nghiên cứu và kỹ thuật viên đánh giá các hệ thống và quy trình một cách an toàn và hiệu quả Hơn nữa, các kết quả thu được từ CFD có thể được tái tạo lại, cho phép xác nhận và củng cố các phát hiện ban đầu, giúp tăng cường độ tin cậy và giá trị của CFD trong phân tích và thiết kế kỹ thuật.
Ngành hàng không vũ trụ: Thiết kế cánh máy bay, nghiên cứu lực nâng và lực kéo, tối ưu hóa luồng không khí qua cánh và thân máy bay.
Công nghiệp ô tô đã tận dụng mô phỏng máy tính để cải tiến quá trình thiết kế và tối ưu hóa hiệu suất Ví dụ, mô phỏng hệ thống làm mát động cơ giúp dự đoán nhiệt độ và luồng chất làm mát, cho phép thiết kế hệ thống làm mát hiệu quả hơn Phân tích khí động học của xe giúp giảm lực cản, cải thiện hiệu suất nhiên liệu Ngoài ra, tối ưu hóa thiết kế két nước và hệ thống phun nhiên liệu thông qua mô phỏng giúp cải thiện khả năng làm mát động cơ và hiệu suất đốt cháy nhiên liệu.
Công nghiệp năng lượng: Mô phỏng và tối ưu hóa các tuabin gió, phân tích sự trao đổi nhiệt trong các nhà máy điện.
Ngành y tế: Mô phỏng luồng máu trong động mạch để nghiên cứu và phát triển các thiết bị y tế.
Ngành hóa chất và dầu khí đòi hỏi các kỹ thuật mô phỏng phức tạp để tối ưu hóa quy trình sản xuất Phân tích phản ứng hóa học giúp hiểu rõ hành vi của các hợp chất Mô phỏng dòng chảy trong ống dẫn đảm bảo vận chuyển nguyên liệu hiệu quả Mô phỏng quá trình tách pha trong các thiết bị lọc tối ưu hóa hiệu suất của quá trình lọc và loại bỏ tạp chất Các mô phỏng này đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường hiệu suất và đảm bảo an toàn trong ngành hóa chất và dầu khí.
- Thách thức và hạn chế của CFD
CFD đòi hỏi tài nguyên tính toán cao, đặc biệt là khi mô phỏng những hệ thống phức tạp với số lượng phần tử lưới lớn Do đó, việc lựa chọn phần cứng phù hợp, chẳng hạn như máy tính hiệu suất cao (HPC), là rất quan trọng để xử lý lượng dữ liệu lớn và các phép tính phức tạp liên quan đến mô phỏng CFD.
Kết quả của CFD phụ thuộc chặt chẽ vào mô hình hóa và các giả định ban đầu Do đó, nếu không được thực hiện cẩn thận, quá trình này có thể dẫn đến sai số đáng kể.
Chi phí phần mềm CFD thường khá cao, đòi hỏi người dùng phải có kiến thức chuyên sâu để sử dụng hiệu quả.
Một số hiện tượng dòng chảy phi tuyến phức tạp như dòng chảy rối gây khó khăn trong việc mô phỏng chính xác bằng Giải Tính Toán Động Lực Học Tính Toán (CFD).
2.1.2 Giới thiệu về Ansys Fluent 2024 R1:
ANSYS Fluent là phần mềm CFD hàng đầu được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp để mô phỏng dòng chảy chất lỏng, khí và trao đổi nhiệt Phiên bản ANSYS Fluent 2024 R1 cung cấp nhiều cải tiến và tính năng mới, hỗ trợ kỹ sư và nhà nghiên cứu giải quyết các vấn đề kỹ thuật phức tạp và tăng độ chính xác của mô phỏng.
Tính năng mới và cải tiến:
Tăng cường khả năng tính toán song song (Parallel Computing): Phiên bản
Bộ xử lý đồ hoạ R1 2024 được tối ưu để sử dụng ưu thế tốt hơn các nền tảng phần cứng hiện đại, giúp tăng đáng kể tốc độ xử lý và giảm đáng kể thời gian tính toán khi làm việc với các mô hình phức tạp và lớn.
Công cụ chia lưới thông minh (Smart Meshing) là phiên bản cải tiến với các thuật toán tự động hóa cao, giúp tạo ra các lưới chất lượng cao với sự can thiệp tối thiểu từ người dùng Nhờ đó, công cụ này cải thiện độ chính xác của mô phỏng, qua đó nâng cao hiệu quả phân tích và thiết kế.
MÔ PHỎNG TRUYỀN NHIỆT CỦA CHẤT LỎNG TRONG KÉT NƯỚC Ô TÔ
Giới thiệu về mô hình mô phỏng
Bảng 1: Thông số của két nước.
Số ống nước 6 Đường kính ống ngoài 5 mm Đường kính ống ngoài 4 mm
Khoảng cách giữa 2 lá fin 3.5 mm
Chiều dài két 240 mm (Sai số 0.5)
Chiều rộng két 110 mm (Sai số 0.5) Độ cao két 51 mm (Sai số 0.5)
Hình 5: Két nước trong mô phỏng.
Hình 6: Kích thước két nước.
Két nước sở hữu thiết kế tổng thể tối ưu Các ống dẫn nhiệt dạng xoắn ốc bên trái gia tăng diện tích tiếp xúc với không khí, nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt Lá tản nhiệt được bố trí dọc theo chiều dài két nước, tạo điều kiện cho luồng không khí dễ dàng đi qua và làm mát chất lỏng.
2 Kích thước chi tiết: Bản vẽ kỹ thuật cung cấp đầy đủ các kích thước cần thiết cho việc chế tạo két nước, bao gồm chiều dài, chiều rộng, và chiều cao tổng thể của két nước, cũng như kích thước của các thành phần cụ thể như ống dẫn nhiệt và lá tản nhiệt Các thông số này rất quan trọng trong việc đảm bảo rằng két nước có thể được sản xuất với độ chính xác cao và phù hợp với các yêu cầu thiết kế.
3 Ứng dụng thực tế: Thiết kế này dường như được tối ưu hóa cho hiệu suất làm mát cao, với việc sử dụng các lá tản nhiệt dày và các ống dẫn nhiệt xoắn ốc để tăng cường khả năng trao đổi nhiệt Điều này có thể rất hiệu quả trong việc duy trì nhiệt độ ổn định cho động cơ ô tô trong quá trình vận hành.
4 Tính khả thi trong sản xuất: Các kích thước và cấu trúc của két nước đều phù hợp với các tiêu chuẩn công nghiệp, cho thấy thiết kế này có thể được sản xuất hàng loạt một cách dễ dàng Tuy nhiên, cần xem xét thêm về vật liệu sử dụng và các yếu tố kỹ thuật khác như độ bền, khả năng chống ăn mòn và khả năng chịu áp lực của két nước.
5 Tiềm năng cải tiến: Mặc dù thiết kế hiện tại đã khá tối ưu, nhưng có thể cân nhắc thêm các phương án cải tiến như tối ưu hóa hình dạng của ống dẫn nhiệt hoặc thay đổi cấu trúc lá tản nhiệt để tăng cường hiệu suất làm mát hơn nữa.
Hình 7: Kích thước độ cong ống.
1 Chi tiết về bán kính cong: Hình ảnh này cho thấy các bán kính cong (R) của ống dẫn nhiệt, cụ thể là R17.84 và R8.26 Bán kính cong này rất quan trọng trong việc đảm bảo dòng chảy mượt mà của chất lỏng qua các ống dẫn, giảm thiểu tổn thất áp suất và tối ưu hóa hiệu suất trao đổi nhiệt.
2 Thiết kế chính xác: Việc xác định chính xác các bán kính và kích thước của ống dẫn giúp đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng sẽ đáp ứng được yêu cầu thiết kế và hoạt động hiệu quả.
Kích thước được thể hiện trên bản vẽ cho thấy sự chú trọng đến chi tiết, điều này rất quan trọng trong quá trình chế tạo.
3 Tối ưu hóa dòng chảy: Bán kính cong lớn (R17.84) tại các góc của ống dẫn cho phép dòng chất lỏng di chuyển một cách tối ưu mà không gặp nhiều cản trở Điều này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất làm mát mà còn giảm thiểu nguy cơ hình thành các vùng chảy rối hoặc cản trở trong hệ thống.
4 Độ bền của ống dẫn: Với các chi tiết được thiết kế cẩn thận như thế này, ống dẫn nhiệt không chỉ đảm bảo được hiệu suất cao mà còn có khả năng chịu lực tốt hơn, giảm thiểu rủi ro hỏng hóc khi hoạt động dưới áp suất cao.
Thiết lập dữ liệu đầu vào, điều kiện biên (Setup)
3.2.1 Phương trình áp dụng trong mô hình:
3.2.2 Lựa chọn phương pháp: Mô hình dòng chảy được chọn dựa trên loại dòng chảy trong hệ thống Đối với két nước ô tô, dòng chảy thường là rối (turbulent), do đó các mô hình dòng chảy rối như k-epsilon hoặc k-omega được sử dụng để mô phỏng các đặc điểm của dòng chảy rối.
Hình 8: Thiết lập vật liệu của ống và lá fin.
Hình 9: Thiết lập chất lỏng chảy trong ống là nước.
3.2.4 Miền tính toán và điều kiện biên:
Hình 10: Điều kiện biên của mô hình.
3.2.4.1 Cell Zone Conditions (Điều kiện vùng Cell) - Mền vùng chất lỏng (Fluid Zone Conditions):
Vùng chất lỏng trong mô hình được thiết lập với các đặc tính vật lý như mật độ, độ nhớt và hệ số dẫn nhiệt Đối với két nước ô tô, chất lỏng thường sử dụng là nước hoặc dung dịch làm mát (coolant).
Điều kiện dòng chảy đóng vai trò quan trọng trong xác định loại dòng chảy trong vùng chất lỏng Đối với các ứng dụng thực tế, dòng chảy thường có tính chất rối, do đó các mô hình dòng chảy rối như k-epsilon hoặc k-omega được áp dụng để mô tả chính xác hành vi của dòng chảy trong các ứng dụng như két nước ô tô Việc lựa chọn mô hình phù hợp phụ thuộc vào các đặc tính cụ thể của hệ thống đang được nghiên cứu.
Nguồn nhiệt bên trong vùng chất lỏng ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt trong hệ thống Các điều kiện của vùng Cell xác định cách thức phân bố nhiệt này.
- Miền vùng rắn (Solid Zone Conditions):
Các tính chất của vật liệu đóng vai trò quan trọng trong việc xác định khả năng hoạt động của bộ trao đổi nhiệt Đối với các bộ phận rắn như ống dẫn nhiệt và lá tản nhiệt của két nước, các đặc tính như độ dẫn nhiệt, mật độ và nhiệt dung riêng của vật liệu cần được tính đến Ví dụ, nhôm thường được ưu tiên sử dụng làm vật liệu cho két nước nhờ đặc tính dẫn nhiệt cao, giúp tăng hiệu quả trao đổi nhiệt và làm mát hệ thống.
Nhiệt độ ban đầu đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập trạng thái ổn định nhiệt của hệ thống, đặc biệt là khi hệ thống trải qua sự thay đổi nhiệt độ đáng kể khi khởi động.
3.2.4.2 Thiết lập Boundary conditions (Điều kiện biên) - Điều kiện đầu vào (Inlet):
Hình 11: Thiết lập điều kiện đầu vào cho mô hình.
- Điều kiện đầu ra (Outlet)
Hình 12: Thiết lập điều kiện đầu ra cho mô hình.
Hình 13: Thiết lập miền chất lỏng của mô hình.
Hình 14: Thiết lập miền rắn của mô hình.
Chia lưới mô hình (Mesh)
Hình 15: Thông số chia lưới cho mô hình.
Hình 16: Biên dạng lưới sau khi chia.
KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN
Kết quả
Hình 17: Phân bố nhiệt độ trong két nước mặt bên.
1 Phân bố nhiệt độ đồng đều: Nhìn chung, nhiệt độ được phân bố tương đối đồng đều qua các lá tản nhiệt, cho thấy hệ thống làm mát đang hoạt động hiệu quả trong việc giảm nhiệt độ của chất lỏng khi chảy qua két nước.
2 Vùng nhiệt độ cao: Vùng màu đỏ tại các ống dẫn nước đầu vào thể hiện nhiệt độ cao nhất, điều này là hợp lý vì nước từ động cơ thường rất nóng khi đi vào két nước Việc nhận diện rõ vùng nhiệt độ cao giúp hiểu rõ các điểm nóng cần được kiểm soát.
3 Hiệu quả làm mát: Các lá tản nhiệt với màu sắc chuyển dần từ vàng sang xanh cho thấy nhiệt độ giảm dần khi nước di chuyển qua, điều này chứng minh hiệu quả của việc truyền nhiệt từ nước ra không khí bên ngoài.
4 Tiềm năng tối ưu hóa: Mặc dù hệ thống tản nhiệt hoạt động tốt, nhưng nếu có các khu vực với nhiệt độ cao kéo dài hoặc không giảm đều, có thể cần xem xét tối ưu hóa thiết kế các lá tản nhiệt hoặc cải thiện luồng khí qua két nước.
Hình 18: Phân bố nhiệt độ trong két nước mắt trước.
1 Phân bố nhiệt độ tương đối đồng đều: Màu sắc chủ đạo của hình ảnh là vàng, biểu thị rằng nhiệt độ trong phần lớn diện tích két nước là tương đối đồng đều Điều này cho thấy hệ thống làm mát đang hoạt động hiệu quả trong việc phân tán nhiệt lượng.
2 Vùng nhiệt độ cao tại đầu vào: Ở phía đầu vào của két nước, có thể thấy một vùng nhỏ có màu đỏ, chỉ ra nhiệt độ cao tại vị trí này Đây là khu vực nơi chất lỏng nóng từ động cơ được đưa vào, do đó, việc nhận diện rõ ràng vùng nhiệt độ cao là quan trọng để đảm bảo rằng két nước có thể giảm nhiệt độ một cách hiệu quả.
3 Tính hiệu quả của thiết kế: Các lá tản nhiệt (fins) được mô phỏng với sự phân bố nhiệt độ hợp lý, cho thấy rằng dòng chảy của chất lỏng và quá trình truyền nhiệt đang diễn ra như mong đợi Điều này chứng tỏ rằng thiết kế của két nước đang đảm bảo hiệu quả tản nhiệt tốt.
4 Độ chính xác của lưới mô hình: Kết quả mô phỏng có độ phân giải tốt, cho thấy lưới mô hình đã được thiết lập đúng cách Lưới có độ dày đủ tại các vùng quan trọng như nơi tiếp xúc giữa các ống dẫn và lá tản nhiệt, giúp mô phỏng chính xác các hiện tượng truyền nhiệt và dòng chảy.
5 Kiểm tra và tối ưu hóa: Mặc dù phân bố nhiệt độ nhìn chung là tốt, nhưng sự hiện diện của vùng nhiệt độ cao tại đầu vào có thể gợi ý rằng việc tối ưu hóa hơn nữa về thiết kế hoặc vật liệu của két nước là cần thiết để giảm thiểu các điểm nóng này, từ đó cải thiện hiệu quả tổng thể của hệ thống làm mát.
Hình 19: Đồ thị nhiệt độ trung bình tại đầu ra theo số lần lặp.
1 Xu hướng giảm dần: Nhiệt độ trung bình tại đầu ra giảm dần theo số lần lặp, điều này cho thấy hệ thống làm mát đang hoạt động hiệu quả khi nhiệt độ của chất lỏng giảm dần trong quá trình mô phỏng Ban đầu, nhiệt độ cao nhưng nhanh chóng giảm xuống khi quá trình giải quyết bắt đầu ổn định.
2 Sự hội tụ của mô hình: Đồ thị này cũng chỉ ra rằng mô hình đang dần hội tụ Khi số lần lặp tăng lên, sự thay đổi nhiệt độ trở nên ít hơn, cho thấy rằng hệ thống đã đạt đến trạng thái ổn định Đây là một dấu hiệu tốt, cho thấy rằng mô phỏng đã đủ số lần lặp để đạt được kết quả chính xác.
3 Điểm chuyển tiếp: Ban đầu, nhiệt độ giảm mạnh nhưng sau khoảng 20-30 lần lặp, tốc độ giảm nhiệt độ bắt đầu chậm lại, điều này có thể chỉ ra rằng hệ thống đã hấp thụ phần lớn năng lượng nhiệt và đang tiến gần đến nhiệt độ cân bằng.
4 Tầm quan trọng của việc kiểm tra: Việc đồ thị trở nên phẳng hơn ở cuối cho thấy hệ thống có thể đã đạt đến nhiệt độ ổn định, nhưng cần kiểm tra thêm để đảm bảo rằng không có sự dao động hay vấn đề bất thường xảy ra trong các bước mô phỏng cuối cùng.
Hình 20: Đồ thị hội tụ của các tham số trong quá trình mô phỏng CFD.
1 Sự giảm dần của các tham số: Tất cả các đường biểu diễn đều có xu hướng giảm dần theo số lần lặp, cho thấy các tham số này đang dần hội tụ về giá trị ổn định Điều này là dấu hiệu cho thấy quá trình mô phỏng đang tiến gần đến trạng thái cân bằng và kết quả mô phỏng trở nên tin cậy hơn.
2 Sự hội tụ tốt: Các tham số như vận tốc theo các trục và năng lượng đều hội tụ rất nhanh, với giá trị giảm xuống đến mức rất nhỏ (khoảng 10^-4 đến 10^-6) Điều này chứng tỏ rằng giải pháp CFD đang ổn định và có độ chính xác cao.
Kết luận
Hiệu quả làm mát của két nước được thể hiện qua sự giảm nhiệt độ khi nước di chuyển qua các lá tản nhiệt, phản ánh hệ thống làm mát hoạt động tốt.
Các vùng nhiệt độ cao thường tập trung ở đầu vào của két nước, nơi chất lỏng nóng từ động cơ đi vào Sau đó, chất lỏng được làm mát nhanh chóng khi đi qua các lá tản nhiệt, giúp giảm nhiệt độ hiệu quả.
Đồ thị hội tụ của các tham số mô phỏng CFD cho thấy mô hình đã đạt được sự hội tụ tốt sau một số lần lặp lại Điều này được thể hiện qua xu hướng giảm dần và ổn định của các thông số chính, bao gồm tính liên tục, vận tốc, năng lượng và các thông số liên quan đến dòng chảy rối Sự hội tụ này đảm bảo độ tin cậy của kết quả mô phỏng, cho phép tin tưởng vào tính chính xác của dữ liệu thu được.
Hiệu quả của lưới mô hình được đánh giá qua kết quả mô phỏng đồng đều về nhiệt độ và hội tụ tốt, cho thấy lưới mô hình được thiết lập đúng cách Đây là yếu tố thiết yếu đảm bảo độ chính xác trong mô phỏng các hiện tượng truyền nhiệt và dòng chảy trong két nước, từ đó cung cấp những thông tin đáng tin cậy cho quá trình thiết kế và vận hành hệ thống.
Để nâng cao hiệu suất tản nhiệt, cần tối ưu hóa hệ thống làm mát, tập trung vào vùng nhiệt độ cao tại đầu vào Các biện pháp tối ưu hóa có thể bao gồm điều chỉnh thiết kế của lá tản nhiệt hoặc cải thiện luồng không khí qua két nước.
