طراحی و ارزیابی المان محدود واشر سرسیلندر فولادی چندلایه نانوکامپوزیتی با هسته ی ماده ی تغییر فاز (PCM) برای بهبود عملکرد حرارتی و مکانیکی در موتورهای احتراق

در این پژوهش طراحی و ارزیابی دقیق المان محدود یک واشر سرسیلندر فولادی چندلایه (MLS) نانوکامپوزیتی با هسته حاوی ماده تغییر فاز (PCM) با هدف بهبود عملکرد حرارتی و مکانیکی در موتورهای احتراق داخلی انجام شد. مدل سه بعدی واشر با استفاده از نرم افزار ANSYS Workbench ۲۰۲۴R۱ تحت شرایط مرزی واقعی شامل فشار گاز احتراق و دمای گاز ۴۰۰ درجه سانتی گراد مدلسازی شد. برای بررسی اثر نانوذرات (Al۲O۳) و (BN) در ماتریس ساقه ای PCM از رویکرد ترکیبی حرارتی سازه ای استفاده گردید. نتایج نشان داد افزودن ۵% نانوذرات و استفاده از PCM پارافینی با دمای ذوب ۱۲۵ درجه سانتی گراد موجب کاهش پیک حرارتی ۲۱ درجه و افت تنش ماکزیمم تا ۱۲ درصد نسبت به واشر فولادی مرجع گردید. تحلیل چرخه ای نشان داد ظرفیت ذخیره سازی گرمای نهان PCM باعث پایداری دمایی در تکرار احتراق ها و افزایش عمر خزشی واشر تا حدود ۱.۶ برابر شد، بنابراین به کارگیری ساختار PCM-Nano در واشرهای چندلایه می تواند راهکاری موثر برای افزایش دوام حرارتی و مکانیکی در موتورهای نسل جدید باشد.

کلیدواژه ها:

واشر سرسیلندر ، ماده تغییر فاز ، نانوکامپوزیت ، فولادی ، تحلیل المان محدود ، عملکرد حرارتی - مکانیکی