CAD supportive in design of multichannel pipe for automotive application

• Autorzy: Kuczek Ł. , Mroczkowski M. , Richert M.

Warianty tytułu

PL

Wspomaganie CAD przy projektowaniu rur wielokanałowych do zastosowań motoryzacyjnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

It is necessary to carry out investigations on device behaviour before it will work in real conditions. Helpful tools are CAD systems and numerical simulations on virtual geometric models. They allow relatively cheap and fast analysis of devices without using expensive real models. This paper presents a method of multichannel pipe design with the help of a CAD system in terms of its strength and working conditions as an internal heat exchanger with carbon dioxide as a refrigerant. Two aluminium alloys were chosen: AA 3103-H112 and AA 6060-T6, and several shapes of channels. Results show that the selection of proper materials is one of the most important stages. It affects the strength of the pipe. A second significant parameter is the shape of external channels. It has been shown that it is important to choose proper value of radius R1 (corner between upper area of external channel and lateral surface of external channel). For the analysed type of multichannel pipe, the most appropriate value of radius R1 was 1 mm. As for heat exchange between fluids in internal and external channels, an important parameter was the thickness of the wall between the mentioned channels. It has been demonstrated that heat exchange efficiency depends on wall thickness and on the way of achieving this.

PL

Często konieczne jest przeprowadzenie badania zachowania się urządzenia zanim będzie pracowało w warunkach rzeczywistych. Jednym z przydatnych narzędzi to umożliwiających są systemy CAD oraz symulacje numeryczne przeprowadzane na wirtualnych modelach geometrycznych. Pozwalają one na dokonanie stosunkowo taniej i szybkiej analizy urządzenia bez konieczności użycia kosztownych modeli rzeczywistych. W artykule przedstawiono metodę projektowania rury wielokanałowej przy pomocy systemów CAD pod kątem ich wytrzymałości i warunków pracy jako wewnętrznego wymiennika ciepła z dwutlenkiem węgla, pełniącym rolę czynnika chłodniczego. Do analizy wybrano dwa stopy aluminium: 3103-H112 i 6060-T6 oraz kilka różnych kształtów kanałów. Wyniki pokazały, że dobór odpowiednich materiałów jest jednym z najważ- niejszych etapów projektowania rur. Ma to wpływ na wytrzymałość rury. Drugim istotnym parametrem jest kształt kanałów zewnętrznych. Wykazano, że dobór odpowiedniej wartości promienia R1 (narożnik pomiędzy górną i boczną powierzchnią kanału zewnętrznego) jest istotny. Dla analizowanego typu rury wielokanałowej wartość promienia R1 równa 1 mm była najbardziej właściwa. W przypadku wymiany ciepła pomiędzy płynami w kanałach zewnętrznych i wewnętrznym ważnym parametrem była grubość ścianki pomiędzy wymienionymi kanałami. Wykazano, że efektywność wymiany ciepła zależy od grubości ścianki oraz od sposobu osiągnięcia jej zmiany.

Słowa kluczowe

EN

CAD; application; shape design; dimension design; multichannel pipe; numerical analysis; strength test; fluid mechanics; heat transfer

PL

CAD; zastosowanie; dobór kształtu; dobór wymiarów; rura wielokanałowa; analiza numeryczna; test wytrzymałościowy; mechanika płynów; transfer ciepła

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2017
• Tom: no. 4
• Strony: 71--80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kuczek Ł.

• Faculty of Non-Ferrous Metals, AGH University of Science and Technology, Cracow, Poland

autor

Mroczkowski M.

• Faculty of Non-Ferrous Metals, AGH University of Science and Technology, Cracow, Poland

autor

Richert M.

• Faculty of Non-Ferrous Metals, AGH University of Science and Technology, Cracow, Poland

Bibliografia

• 1. Kopp R., Wiedner C., El-Magd E., Gebhard J.: Comparison between visioplasticity measurements and finite element computations for tensile tests on cold rolled perforated ferritic chromium steel P92. Computational Materials Science 2004; 31:439-447.
• 2. Ortega Sotomayor P., Reis Parise J.A.: Characterization and simulation of an open piston compressor for application on automotive air-conditioning systems operating with R134a, R1234yf and R290. International Journal of Refrigeration 2016; 61:100-116.
• 3. Roy S., Grigory S., Smith M., Kanninen F., Anderson M.: Numerical simulations of full-scale corroded pipe tests with combined loading. Journal of Pressure Vessel Technology 1997;119:457-466.
• 4. Nazaria M., Khedmati M., Khalaj A.: A numerical investigation into ultimate strength and buckling behavior of locally corroded steel tubular members. Latin American Journal of Solids and Structures 2014; 11:1063-1076.
• 5. Lukacs J., Nagy G., Torok I., Egert J., Pere B.: Experimental and numerical investigation of external reinforced damaged pipelines. Procedia Engineering 2010; 2:1191-1200.
• 6. Dutta P., Nandi N.: Effect of Reynolds number and curvature ratio on single phase turbulent flow in pipe bends. Mechanics and Mechanical Engineering 2015; 19:5-16.
• 7. Dutta P., Saha S.K., Nandi N., Pal N.: Numerical study on flow separation in 90 degree pipe bend under high Reynolds number by k-epsilon modelling. Engineering Science and Technology, an International Journal 2016;19:904-910.
• 8. Romeo E., Royo C., Monzon A.: Improved explicit equations for estimation of the friction factor in rough and smooth pipes. Chemical Engineering Journal 2002; 86:369-374.
• 9. Avci A., Karagoz I.: A novel explicit equation for friction factor in smooth and rough pipes.Journal of Fluids Engineering 2009;131:061203/1-061203/4.
• 10. Offor U.H., Alabi S.B.: An accurate and computationally efficient explicit friction factor model. Advances in Chemical Engineering and Science 2016; 6:237-245.
• 11. Li Y., Wang C, Ha M.: Experimental determination of local resistance coefficient of sudden expansion tube. Energy and Power Engineering 2015; 7:154-159.
• 12. Nichols R.H.: Turbulence models and theis application of complex flows. Birmingham; 2010.
• 13. Ibrahim H.G.: Experimental and CFD analysis of turbulent flow heat transfer in tubular exchanger. International Journal of Engineering and Applied Sciences 2014; 5:17-24.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).