Tối ưu hóa quá trình giải nhiệt áo nước xylanh của xe tay ga bằng phương pháp mô phỏng số học và thực nghiệm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HUỲNH TẤN ĐẠT

TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH GIẢI NHIỆT ÁO NƯỚC XYLANH
CỦA XE TAY GA BẰNG PHƯƠNG PHÁP
MÔ PHỎNG SỐ HỌC VÀ THỰC NGHIỆM

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246

S K C0 0 4 3 7 9

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Huỳnh Tấn Đạt

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 10/02/1978

Nơi sinh: Bình Định

Quê quán: Bình Định

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Tổ 7, Ấp Thiên Bình, Đồng Nai
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà riêng:

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ …/… đến …/ …

Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Đại học chính quy

Thời gian đào tạo từ 2004 đến 2008

Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
Ngành học: Cơ khí động lực
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
9/7/2010 đến
nay

1/10/2009
đến 4/2010

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Trường Cao đẳng Nghề số 8

Giáo viên

Công ty TNHH INTERFOOD

Nhân viên kỹ thuật

Công ty TNHH VPS

Nhân viên kỹ thuật

20 /3 /2008
đến
1/10/2009
i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 04 năm 2014

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

ii


CẢM TẠ
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc nhất tới PGS. TS Đặng Thành
Trung, người đã tận tình hướng dẫn sâu sắc về mặt khoa học và quan tâm, động
viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện và
hoàn thành luận văn: “Tối ưu hóa quá trình giải nhiệt từ thành xylanh ra áo nước
trên xe tay ga bằng phương pháp mô phỏng số học và thực nghiệm” để tôi hoàn
thành đề tài.
Xin chân thành cám ơn tất cả quý thầy cô khoa Cơ khí Động lực - Trường Đại
học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, các anh chị học viên khóa trước, các bạn học viên
cùng khóa đã tận tình giúp đỡ để em hoàn thành đề tài.
Do trình độ và thời gian có hạn nên chắc chắn đề tài còn nhiều thiếu sót. Rất
mong nhận được sự đóng góp ý kiến của tất cả quý thầy cô, anh chị và các bạn.
Xin chân thành cám ơn!
TP. HCM, ngày 01 tháng 04 năm 2014

Huỳnh Tấn Đạt

iii


TÓM TẮT
Nghiên cứu này được thực hiện bằng cả hai phương pháp thực nghiệm và mô
phỏng số cho cả hai áo nước xylanh có và không xẻ rãnh để so sánh, đánh giá đặc tính
truyền nhiệt của chúng trong điều kiện thay đổi về lưu lượng và nhiệt độ. Lưu chất làm
việc là nước.

Người nghiên cứu đã thiết kế chế tạo thành công áo nước xylanh có xẻ rãnh bên
trong. Trong nghiên cứu này, lòng xylanh được gia nhiệt bên trong ở cùng một nhiệt độ
từ 500 oC đến 650 oC, nhiệt độ nước vào 30 oC, lưu lượng nước 1000 ml/phút. Khi nhiệt
độ nòng xylanh tăng từ 500 0C đến 650 0C, nhiệt độ phía ngoài áo nước xylanh tăng từ
80 đến 92 0C và nhiệt độ nước ra tăng từ 52 đến 64 0C. Với kết quả thu được theo
phương pháp thực nghiệm, nhiệt độ phía ngoài áo nước không xẻ rãnh cao hơn 4 oC và
nhiệt độ nước ra thấp hơn 4 oC so với áo nước xẻ rãnh. Với kết quả thu được theo
phương pháp mô phỏng số, nhiệt độ phía ngoài áo nước cao hơn 5 oC và nhiệt độ nước
ra thấp hơn 2 oC so với áo nước xẻ rãnh.
Hai phương pháp nghiên cứu đều cho ra kết luận áo nước có xẻ rãnh có quá
trình trao đổi nhiệt tốt hơn so với áo nước không xẻ rãnh. Kết quả thu được từ hai
nghiên cứu này đồng thuận với nhau, tương ứng với sai số cực đại nhỏ hơn 8 %.

iv


ABSTRACT
The study has been carried out by both experimental and numerical simulation
methods for both the cylinder water jacket with groove cutting and without groove
cutting to compare and evaluate their heat transfer phenomena under changing flow
rate and temperature conditions. Water is the working fluid.
The research has successfully designed and manufactured the cylinder water
jacket with groove cutting. In this study, with the inlet water temperature of 30 oC and
flow rate of 1000 ml/min, when the cylinder inside temperature was varying from 500
to 650 0C, the outside surface temperature of jacket increased from 80 to 92 0C and the
outlet water temperature increased from 52 to 64 0C. With the results obtained by the
experimental method, the outside surface temperature of the jacket without groove
cutting is higher than 4 oC and the outlet water temperature is lower than 4 °C compare
with the water jacket with groove cutting. With the results obtained by the numerical
simulation method, the outside surface temperature of the jacket without groove cutting

is higher than 5 oC and the outlet water temperature is lower than 2 °C compare with
the water jacket with grove cutting.
By two methods, the results shown that the heat transfer obtained from the
jactket with groove cutting is higher than that obtained from the jacket without groove
cutting. The results obtained from numerical analyses were in good agreement with
those obtained from experiments, with maximum discrepancies estimated to be less
than 8 %.

v


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Xác nhận của cán bộ hướng dẫn
Lý lịch khoa học .......................................................................................................... i
Lời cam đoan .............................................................................................................. ii
Cảm tạ ....................................................................................................................... iii
Tóm tắt ...................................................................................................................... iv
Abstract .......................................................................................................................v
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ....................................................................... ix
Danh mục các hình ......................................................................................................x
Danh mục các bảng ................................................................................................. xiii
Chƣơng 1. TỔNG QUAN .........................................................................................1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài .....................................................................................1
1.2 Tổng quan kết quả nghiên cứu liên quan .........................................................2
1.3 Mục đích của đề tài .............................................................................................9

1.4 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài ..............................................................9
1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu....................................................................................9
Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................................10
2.1 Lý thuyết truyền nhiệt ......................................................................................10
2.2 Làm lạnh - gia nhiệt đối lƣu và hệ số truyền nhiệt ........................................12
2.3 Đối lƣu tự nhiên – hệ số Grashof .....................................................................15
2.4 Hệ số Nusselt ......................................................................................................16
2.5 Dòng chảy lƣu chất............................................................................................16
2.6 Navier-Stokes chịu nén yếu ..............................................................................23
2.7 Giới thiệu phần mềm COMSOL......................................................................24
vi


Chƣơng 3. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG SỐ ..............26
3.1 Mô hình thực nghiệm ........................................................................................26
3.1.1 Lắp đặt hệ thống thí nghiệm.............................................................................26
3.1. 2 Mẫu áo nước xylanh không xẻ rãnh ................................................................27
3.1. 3 Thiết kế áo nước xylanh có xẻ rãnh ................................................................28
3.1.4 Dụng cụ đo .......................................................................................................30
3.2 Mô phỏng số .......................................................................................................31
3.2.1 Thiết lập miền con ............................................................................................31
3.2.2 Điều kiện biên ..................................................................................................32
Chƣơng 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................34
4.1 Kết quả hình ảnh mô phỏng của áo nƣớc xẻ rãnh và không xẻ rãnh với lƣu
lƣợng nƣớc 1000 ml/phút và nhiệt độ thay đổi. ....................................................34
4.1.1 Ở nhiệt độ 500 0C .............................................................................................34
4.1.1.1 Hình ảnh nhiệt độ phân bố trên bề mặt phía ngoài áo nước xylanh xẻ rãnh và
không xẻ rãnh. ...........................................................................................................34
4.1.1.2 Hình ảnh nhiệt độ nước đầu ra của áo nước xẻ rãnh và không xẻ rãnh ........36
4.1.2 Ở nhiệt độ 550 0C .............................................................................................37

4.1.2.1 Hình ảnh nhiệt độ phân bố trên bề mặt phía ngoài áo nước xylanh .............37
4.1.2.2 Hình ảnh nhiệt độ nước đầu ra của áo nước xẻ rãnh và không xẻ rãnh ........38
4.1.3 Ở nhiệt độ 600 0C .............................................................................................39
4.1.3.1 Hình ảnh nhiệt độ phân bố trên bề mặt phía ngoài áo nước xylanh .............39
4.1.3.2 Hình ảnh nhiệt độ nước đầu ra của áo nước xẻ rãnh và không xẻ rãnh ........40
4.1.4 Ở nhiệt độ 650 0C .............................................................................................41
4.1.4.1 Hình ảnh nhiệt độ phân bố trên bề mặt phía ngoài áo nước xylanh .............41
4.1.4.2 Hình ảnh nhiệt độ nước đầu ra của áo nước xẻ rãnh và không xẻ rãnh ........42
4.2 Kết quả hình ảnh mô phỏng của áo nƣớc xẻ rãnh và không xẻ rãnh với lƣu
lƣợng nƣớc 500 ml/phút và nhiệt độ thay đổi. ......................................................44
4.2.1 Ở nhiệt độ 500 0C .............................................................................................44
4.2.1.1 Hình ảnh nhiệt độ phân bố trên bề mặt phía ngoài áo nước xylanh .............44
vii


4.2.1.2 Hình ảnh nhiệt độ nước đầu ra ......................................................................45
4.2.2 Ở nhiệt độ 550 0C .............................................................................................46
4.2.2.1 Hình ảnh nhiệt độ phân bố trên bề mặt phía ngoài áo nước xylanh .............46
4.2.2.2 Hình ảnh nhiệt độ nước đầu ra ......................................................................47
4.3 So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng của áo nƣớc xylanh ở lƣu lƣợng
1000 ml/phút ............................................................................................................49
4.3.1 Nhiệt độ nước đầu ra của áo nước xylanh xẻ rãnh và không xẻ rãnh ..............49
4.3.2 Sự phân bố nhiệt độ bề mặt phía bên ngoài của áo nước xylanh xẻ rãnh và không
xẻ rãnh .......................................................................................................................50
4.4 So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng của áo nƣớc xylanh ở lƣu lƣợng
500 ml/phút. .............................................................................................................51
4.4.1 Nhiệt độ nước đầu ra của áo nước xylanh........................................................51
4.4.2 Sự phân bố nhiệt độ bề mặt phía bên ngoài của áo nước xylanh .....................52
4.5 Sự truyền nhiệt qua vách thành xylanh ..........................................................53
4.5.1 Áo nước xylanh xẻ rãnh ở lưu lượng 500 ml/phút ...........................................53

4.5.2 Áo nước xylanh không xẻ rãnh ở lưu lượng 1000 ml/phút ..............................54
4.6 Nhiệt độ vách thành xylanh ảnh hƣởng đến nhiệt độ đầu ra của nƣớc .......55
4.6.1 Trường hợp 1000 ml/phút ................................................................................55
4.3.2 Trường hợp 500 ml/phút ..................................................................................56
Chƣơng 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................57
5.1 Kết luận ..............................................................................................................57
5.2 Kiến nghị ............................................................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................58

viii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ac

:

diện tích mặt cắt, m2

BTĐN

:

bộ trao đổi nhiệt

Dh

:

đường kính quy ước, m

F

:

hệ số ma sát Fanning

H

:

hệ số tỏa nhiệt đối lưu, W/m2K

k

:

hệ số truyền nhiệt tổng, W/m2K

L

:

chiều dài kênh mini, m

m

:

lưu lượng khối lượng, kg/s

NTU

:

chỉ số truyền nhiệt đơn vị (Number of Transfer Unit)

Nu

:

chỉ số Nusselt

p

:

áp suất, Pa

P

:

đường kính ướt, m

Q

:

lượng nhiệt truyền qua thiết bị, W

q

:

mật độ dòng nhiệt, W/m2

Re

:

chỉ số Reynolds

T

:

nhiệt độ, K



:

độ nhớt động lực học, Ns/m2



:

khối lượng riêng, kg/m3



:

hệ số dẫn nhiệt, W/m K



:

vận tốc, m/s



:

hiệu suất



:

chỉ số hoàn thiện, W/kPa

T

:

nhiệt độ chênh lệch, K

p

:

tổn thất áp suất, Pa

ix


DANH MỤC CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Sự phân bố năng lượng trong xe ................................................................2
Hình 1.2: Áo nước động cơ 6 xilanh thẳng hàng model 2. ........................................3
Hình 1.3: Mẫu thiết kế hình học áo nước đầu xylanh ................................................4
Hình 1.4: Mật độ dòng nhiệt tập trung trên đầu xylanh .............................................5
Hình 1.5: Hình vành khuyên gắn trên một xilanh ......................................................6
Hình 1.6: Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào vận tốc của xe .....................................6
Hình 1.7: Khoảng cách giữa các cánh tản nhiệt .........................................................7
Hình 2.1: Tám loại làm mát đối lưu .........................................................................13
Hình 2.2: Một mô phỏng số học về đặc tính truyền nhiệt của bộ trao đổi nhiệt kênh
micro sử dụng phần mềm COMSOL ........................................................................25
Hình 3.1: Hệ thống thí nghiệm .................................................................................26
Hình 3.2: Mô hình thực nghiệm ...............................................................................27
Hình 3.3: Mẫu áo nước xylanh .................................................................................27
Hình 3.4: Mẫu thí nghiệm ........................................................................................28
Hình 3.5: Mặt bích và đệm chống vênh ...................................................................28

Hình 3.6: Bulong-đai ốc và dụng cụ làm kín ...........................................................29
Hình 3.7: Hình ảnh sau khi lắp và cổ pô ..................................................................29
Hình 3.8: Thiết bị đo bề mặt bằng tia laser và bộ đo nhiệt độ .................................30
Hình 3.9: Nhiệt kế thủy ngân và Nhiệt kế điện tử + đầu đo nhiệt độ.......................30
Hình 4.1: Hình ảnh nhiệt độ phía ngoài của áo nước xẻ rãnh, không xẻ rãnh .........35
ở nhiệt độ 500 0C và lưu lượng nước 1000ml/phút. ..................................................35
Hình 4.2: Hình ảnh nhiệt độ đầu ra áo nước xẻ rãnh và không xẻ rãnh ...................36
ở nhiệt độ 500 0C và lưu lượng nước 1000 ml/phút. .................................................36
Hình 4.3: Hình ảnh nhiệt độ phân bố phía ngoài áo nước xylanh xẻ rãnh và không xẻ
rãnh ở nhiệt độ 550 0C và lưu lượng nước 1000ml/phút. .........................................37

x


Hình 4.4: Hình ảnh nhiệt độ nước đầu ra của áo nước ra xẻ rãnh và không xẻ rãnh ở
nhiệt độ 550 0C và lưu lượng nước 1000ml/phút. .....................................................38
Hình 4.5: Hình ảnh nhiệt độ phân bố phía ngoài áo nước xylanh xẻ rãnh và không xẻ
rãnh ở nhiệt độ 600 0C và lưu lượng nước 1000ml/phút. .........................................39
Hình 4.6: Hình ảnh nhiệt độ nước đầu ra của áo nước ra xẻ rãnh và không xẻ rãnh ở
nhiệt độ 600 0C và lưu lượng nước 1000ml/phút. .....................................................40
Hình 4.7: Hình ảnh nhiệt độ phân bố phía ngoài áo nước xylanh xẻ rãnh và không xẻ
rãnh ở nhiệt độ 650 0C và lưu lượng nước 1000ml/phút. .........................................41
Hình 4.8: Hình ảnh nhiệt độ nước đầu ra của áo nước ra xẻ rãnh và không xẻ rãnh ở
nhiệt độ 650 0C và lưu lượng nước 1000ml/phút. .....................................................42
Hình 4.9: Thể hiện kết quả mô phỏng nhiệt độ trong lòng xylanh, bề mặt ngoài vách
thành xylanh và nhiệt độ nước đầu ra ở lưu lượng 1000 ml/phút .............................43
Hình 4.10: Hình ảnh nhiệt độ phân bố phía ngoài áo nước xylanh xẻ rãnh và không xẻ
rãnh ở nhiệt độ 500 0C và lưu lượng nước 500ml/phút. ...........................................44
Hình 4.11: Hình ảnh nhiệt độ nước đầu ra của áo nước ra xẻ rãnh và không xẻ rãnh ở
nhiệt độ 500 0C và lưu lượng nước 500ml/phút. .......................................................45

Hình 4.12: Hình ảnh nhiệt độ phân bố phía ngoài áo nước xylanh xẻ rãnh và không xẻ
rãnh ở nhiệt độ 550 0C và lưu lượng nước 500ml/phút. ...........................................46
Hình 4.13: Hình ảnh nhiệt độ nước đầu ra của áo nước ra xẻ rãnh và không xẻ rãnh ở
nhiệt độ 550 0C và lưu lượng nước 500ml/phút. .......................................................47
Hình 4.14: Thể hiện kết quả mô phỏng nhiệt độ trong lòng xylanh, bề mặt ngoài vách
thành xylanh và nhiệt độ nước đầu ra ở lưu lượng 500 ml/phút ...............................48
Hình 4.15: So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng ở nhiệt độ nước đầu ra của áo
nước xylanh xẻ rãnh và không xẻ rãnh .....................................................................49
Hình 4.16: So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng sự phân bố nhiệt độ bề mặt phía
bên ngoài của áo nước xẻ rãnh và không xẻ rãnh .....................................................50
Hình 4.17: So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng ở nhiệt độ nước đầu ra của áo
nước xylanh xẻ rãnh và không xẻ rãnh .....................................................................51

xi


Hình 4.18: So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng sự phân bố nhiệt độ bề mặt phía
bên ngoài của áo nước xẻ rãnh và không xẻ rãnh .....................................................52
Hình 4.19: So sánh sự truyền nhiệt qua vách thành xylanh (áo nước xẻ rãnh) ........53
ở các điểm nhiệt độ thay đổi và lưu lượng nước 500 ml/phút ..................................53
Hình 4.20: So sánh sự truyền nhiệt qua vách thành xylanh (áo nước xẻ rãnh) ........54
ở các điểm nhiệt độ thay đổi và lưu lượng nước 1000 ml/phút ................................54
Hình 4.21: So sánh nhiệt độ vách trong thành xylanh và nhiệt độ nước đầu ra .......55
ở lưu lượng 1000 ml/phút..........................................................................................55
Hình 4.22: So sánh nhiệt độ vách trong thành xylanh và nhiệt độ nước đầu ra .......56
ở lưu lượng 500 ml/phút............................................................................................56

xii

DANH MỤC CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 1. Dụng cụ đo và độ chính xác ........................................................................31

xiii


Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây sự phát triển vượt bật của ngành công nghệ ô tô và xe
máy đã cho ra đời xe có hộp số tự động, để đáp ứng nhu cầu phát triển của con người
ngày càng cao cần tính đến cái đẹp, thời trang, công suất động cơ lớn, tốc độ cao và đi
lại dễ dàng không cần sang số thì xe máy có hợp số tự động gọi là xe tay ga như Air
Blade, SH, Lead, Nouvo LX… ra đời đáp ứng được nhu cầu đó.
Để có những ưu điểm đó thì kết cấu hệ thống làm mát trên xe ga cũng có nhiều
khác biệt so với xe số là hệ thống làm mát bằng dung dịch, có áo nước bao quanh thành
xylanh để làm mát xylanh, toàn bộ thân bao kín, tốc độ lưu thông không khí thấp dù xe
chuyển động ở tốc độ cao.
Nhưng bên cạnh đó có một số loại xe khi đi vào sử dụng động cơ rất nóng làm
cho nhiệt độ động cơ tăng lên, công suất làm việc động cơ giảm, nếu tiếp tục có thể dẫn
đến cháy xe hoặc bó kẹt piston vào thành xylanh.
Vì lý do đó người thực hiện chọn đề tài “Tối ưu hóa quá trình giải nhiệt từ thành
xylanh ra áo nước trên xe tay ga bằng phương pháp mô phỏng số học và thực nghiệm”
nhằm mục đích tăng hiệu suất làm mát động cơ, giúp động cơ tăng công suất làm việc,
làm việc ổn định, kéo dài tuổi thọ động cơ.

.

1


1.2 Tổng quan kết quả nghiên cứu liên quan
Xuất phát từ quá trình làm việc của động cơ đốt trong, nhiệt truyền cho các chi
tiết máy tiếp xúc với khí cháy (piston, xéc măng, nấm xupap, thành xylanh) chiếm
khoảng 25%  35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy trong buồng cháy tỏa ra. Vì vậy các
chi tiết thường bị đốt nóng mảnh liệt: nhiệt độ đỉnh piston có thể lên tới 600o C, nhiệt
độ nấm xupap có thể lên tới 900oC. Hình 1.1 thể hiện sự phân bố năng lượng trên xe.
Trong đó bao gồm 30% là tải nhiệt làm mát, 35% là tải nhiệt theo khí thải và 35% là
năng lượng nhiệt có ích [1]

Hình 1.1: Sự phân bố năng lượng trong xe [1]

2


Khot và Santosh [2] đã sử dụng phần mềm mô phỏng số học CFD để đánh giá và
so sánh tính năng của hai áo nước làm mát khác nhau của động cơ Diesel 6 xylanh
thẳng hàng. Từ phân tích cho thấy rằng model 2 có vận tốc ở đầu áo nước được cải
thiện và tổn thất áp suất giảm đã được trình bày ở hình 1.2.

Hình 1.2: Áo nước động cơ 6 xilanh thẳng hàng model 2.
3


Qingzhao wang [3] đã trình bày và phân tích sự phân bố áp suất, vận tốc, hệ số

truyền nhiệt và nhiệt độ cho áo nước ở đầu xylanh. Kết quả phân tích cho thấy rằng
nước làm mát trong đầu xylanh đã thực hiện phân phối lưu lượng dòng chảy tốt và sự
phân phối áp suất tương đối chấp nhận được. Sự bố trí của các phần trong đầu xylanh
đã cung cấp sự tác động cần thiết để tăng khả năng làm mát trong vùng nguy hiểm, như
là xupap thải, kim phun nhiên liệu. Vì vậy các chi tiết nóng sẽ không quá nóng để phá
hủy. Mẫu thiết kế hình học áo nước đầu xylanh của nghiên cứu thể hiện ở hình 1.3.

Hình 1.3: Mẫu thiết kế hình học áo nước đầu xylanh

4


Một phân tích trạng thái truyền nhiệt ổn trên phần đầu xylanh đã được thực hiện bởi
Andrew powell [4] tải nhiệt của mặt độ dòng nhiệt tập trung trên đầu xylanh với phương thức
truyền nhiệt đối lưu từ không khí phía trên cánh tản nhiệt đầu xylanh và màng dầu trên các bộ
phận trục khuỷu. Mật độ dòng nhiệt tập trung trên đầu xylanh đã được thể hiện trong hình 1.4.

Hình 1.4: Mật độ dòng nhiệt tập trung trên đầu xylanh

5


Paul cùng cộng sự [5] đã nghiên cứu việc dùng không khí để giải nhiệt cho xylanh
động cơ bằng cách giả định tập hợp các cánh là hình vành khuyên gắn trên một xilanh
được thể hiện ở hình 1.5 .

.
Hình 1.5: Hình vành khuyên gắn trên một xilanh
Mô phỏng số đã được thực hiện để xác định các đặc tính truyền nhiệt của các
thông số cánh khác nhau như: cánh, độ dày cánh, sự thay đổi vận tốc dòng không khí

khi độ dày của cánh tăng lên. Khoảng cách giữa các cánh giảm dần, ảnh hưởng đến quá
trình tạo rối giúp tăng sự truyền nhiệt. Số lượng cánh lớn tương ứng độ dày cánh nhỏ
để giải nhiệt cho xe phân khối lớn thì dùng khá phổ biến, kết quả làm cho khả năng
trao đổi nhiệt cao hơn.

Hình 1.6: Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào vận tốc của xe
6


Pulkit cùng cộng sự [6] đã nghiên cứu sự truyền nhiệt bằng phương pháp mô
phỏng số CFD. Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào vận tốc của xe, hình dạng cánh tản
nhiệt và nhiệt độ xung quanh. Ở vận tốc 40km/h, 60km/h và 72km/h hệ số truyền nhiệt
đã được tính toán từ giá trị dòng nhiệt 724W, 933.56W và 1123.03W tương ứng được
mô phỏng qua hình vẽ 1.6.
Masao cùng cộng sự [7] đã nghiên cứu ảnh hưởng của số lượng cánh, khoảng
cách cánh và tốc độ gió làm mát bằng không khí cho xylanh động cơ xe máy. Kết quả
cho thấy rằng nhiệt tỏa ra từ xylanh không được cải thiện khi thân xylanh có quá nhiều
cánh và khoảng cách giữa các cánh quá hẹp tại những tốc độ gió quá thấp, do vậy mà
nhiệt độ giữa chúng sẽ tăng lên. Ngoài ra kích thước cánh tối ưu khi xe đứng yên là
20mm và khi xe di chuyển là 8mm được thể hiện như hình 1.7.

Hình 1.7: Khoảng cách giữa các cánh tản nhiệt
Công cụ CFD cho phép tối ưu hóa hình dạng vỏ bộ tản nhiệt của xe tải TATA
Mini đã được thực hiện bởi Chackol cùng cộng sự [8]. Kết quả cho thấy rằng từ việc
giải quyết các thiết kế cơ bản đã loại bỏ được vùng tuần hoàn khép kín và tăng lưu
lượng gió thông qua cánh tản nhiệt khoảng 34%.

7