مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی اثر نیروی ترموفورتیک بر ته‌نشینی ذرات خروجی از اگزوز موتورهای دیزل بعد از تونل رقیق‌سازی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری/دانشگاه صنعتی امیرکبیر
2 استاد دانشگاه صنعتی امیرکبیر
3 استاد/دانشگاه کلارکسون
چکیده
هدف از انجام این پژوهش، بررسی اثر نیروی ترموفورتیک بر ته‌نشینی ذرات نانو خروجی از اگزوز موتورهای دیزل بعد از تونل رقیق‌سازی به ‌صورت عددی می‌باشد. تونل رقیق‌سازی به‌منظور رقیق کردن گاز خروجی با هدف قابل اندازه‌گیری کردن آلاینده‌های آن توسط دستگاه‌های اندازه‌گیری به کار می‌رود. به دلیل وجود اختلاف دما میان گاز خروجی از تونل رقیق‌سازی و دیواره‌های لوله، نیروی ترموفورتیک علاوه بر دیگر نیروی‌های مؤثر بر ذرات موجب ته‌نشینی ذرات می‌شود. برای مدل‌سازی حرکت ذرات و به دست آوردن میزان ته‌نشینی ذرات از روش اویلری – لاگرانژی استفاده شده است. با توجه به اندازه‌ی ذرات خارج‌شده از اگزوز موتورهای دیزل (از 5 تا 500 نانومتر)، نیروهای پخش برانی، ترموفورتیک، جاذبه و برآ به طور کامل مورد بررسی قرار گرفتند. پس از انجام اعتبار سنجی نتایج، سهم اثرگذاری هر یک از این نیروها در گرادیان‌های دمای مختلف به دست آمد. نتایج نشان داد که با توجه به قطر ذرات مورد بررسی نیروی برانی مهم‌ترین نیرو است که می‌بایست همواره در نظر گرفته شود. نیروی ترموفورتیک حتی با وجود اختلاف دمای کم نیز برای تمامی قطرها اثرگذار بوده و قابل صرف‌نظر کردن نمی‌باشد. بیشترین اثر این نیرو برای ذرات با قطر 100 نانومتر می‌باشد. نیروی جاذبه اثر بسیار کمی داشته و عملاً برای ذرات با قطر کمتر از 500 نانومتر تاثیر کمی دارد. نیروی برآ هم تنها اثر ناچیزی بر روی ذرات با قطر 500 نانومتر ایفا می‌کند. نتایج این تحقیق کمک شایانی به شناخت جریان دو فاز گازهای خروجی از اگزوز موتورها به‌ویژه پس از تونل رقیق‌سازی می‌کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Study the thermophoresis effect on the deposition of nano-particles from diesel engine exhaust after the dilution tunnel

نویسندگان English

Pouyan Talebizadeh 1
Hassan Rahimzadeh 2
Goodarz Ahmadi 3
1 PhD student / Amirkabir University of Technology
3 Clarkson University
چکیده English

The aim of this paper was to study the thermophoresis effect on the deposition of nano-particles from diesel engine exhaust after the dilution tunnel using a computational modeling approach. Dilution tunnel was used in order to dilute the exhaust gas to the extend that was suitable for the measurement systems. The Lagrangian particle tracking method was used to model the dispersion and deposition of nano-particles. For the range of studied particle diameters (from 5 to 500 nm), the Brownian, thermophoresis, gravity and Saffman Lift forces are considered. After verifying the code, the importance of different forces was evaluated. Due to the temperature gradient between the exhaust gas and the pipe walls, particular attention was given to include the thermophoresis force in addition to the other forces acting on nano-particles. The results showed that for the range of nano-particle diameters studied, the Brownian force was the dominant force for particle deposition. Furthermore, the thermophoresis force was important even for relatively low temperature gradient and cannot be ignorable especially for larger particles. The maximum thermophoresis effect occurred for 100 nm particles. The gravity had negligible effects on nano-particle deposition and can be ignorable for particles with diameter less than 500 nm. The Saffman lift also had negligible effects and its effect was noticeable only for the deposition of 500 nm particles. The results of this paper could provide an understanding of two-phase flow emission from diesel engines especially after the dilution tunnel.

کلیدواژه‌ها English

Gas-Solid two-phase flow
Nano-particles
Particle deposition
Laminar fully developed flow
Pipe flow