الملخص

إن معرفة سلوك سريان غازات الاحتراق في منظومة العادم لمحركات الاحتراق الداخلي الترددية يساعد على تصميم المخمد والأنابيب بكفاءة أكبر وبضوضاء أقل. إن فتح وقفل صمام العادم في زمن قصير جداً بينما يكون الضغط في غرفة الاحتراق كبيرا يسبب اندفاع موجات ضغطية في أنبوب العادم. ويعزي أغلب الضجيج الغير مرغوب فيه والناتج من المحرك إلى هذه الموجات الضغطية. تم اقتراح نموذج رياضي لحساب متغيرات التدفق في أنابيب العادم، والتركيز على التغير في الضغط مع الزمن عند نقاط مختلفة على طول الأنبوب. ومن أجل نمذجة التدفق في وجود انتقال الحرارة والاحتكاك يتم تبسيط المسألة باستعمال معادلات السريان وحيد الأتجاه. تم كتابة برنامج حاسوبي بلغة الفورتران لحساب سرعة وضغط الغازات في أنبوب قطره 0.04 متر وطوله 6 أمتار. يستعمل النموذج طريقة مكورمك العددية، وشروطاً تضمن الاتزان العددي. يتضح من النتائج أن النموذج قادر على التنبؤ بشكل الموجة التقريبي، الذي يختلف عن الشكل المتعارف عليه والذي يشبه الناقوس المقلوب. أوضحت النتائج كذلك أن النموذج قادر على التنبؤ بالقيم الصغرى والقصوى للضغط بخطأ لا يتجاوز 3.5% من النتائج الموجودة بالورقات والمجلات العلمية. كما تم حساب التدرج في الضغط على طول الأنبوب، ووجد أنه في المدى المقبول بناءً على المعادلة المستعملة لحساب معامل الاحتكاك.

ABSTRACT

Knowledge of the behavior of the flow of exhaust gases in the exhaust system of automotive engines help in the designing of a more efficient and more quite exhaust pipes and muffler. The exhaust valve opening and closure in a very short time while the pressure in the combustion chamber is high causes pressure waves traveling in the exhaust pipe. It is believed that these pressure waves are responsible for the unwanted noise produced by the internal combustion engines. A mathematical model is proposed for the calculation of the exhaust pipe flows, concentrating on the variation of pressure with time at different locations of the exhaust pipe. In order to simulate the complicated flow with the presence of heat transfer and friction, a system of quasi-one-dimensional model equations is employed. A FORTRAN program is developed to obtain the pressure and velocity of the exhaust gases in a 0.04m diameter, 6m long exhaust pipe. The model is using MacCormack method and a constraint for numerical stability. Results of the model showed that the shape of the pressure waves has the correct trend; however the shape does not have the well known inverted bell shape. Values of maximum pressure were predicted to within 3.5% from that found in literature. The pressure gradient along the exhaust pipe was predicted with an acceptable range depending upon the equation used for the friction factor.