پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 22 |
| تعداد شمارهها | 705 |
| تعداد مقالات | 10,146 |
| تعداد مشاهده مقاله | 71,454,824 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 63,176,399 |
Thermal Design of Fins for 100 cc Engine Cylinders Based on FEM and Multi-criteria Selection (k–ρ–cost): Comparison of Al 5182-H19, Mg Z6, ZA-27, Zn–Cu–Ti and EN-GJL-300 | ||
| Journal of Heat and Mass Transfer Research | ||
| مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 17 آبان 1404 | ||
| نوع مقاله: Full Length Research Article | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22075/jhmtr.2025.37971.1761 | ||
| نویسندگان | ||
| Alexander Yushepy Vega Anticona* 1؛ Elmer Tello de la Cruz1؛ Oscar Torres Ruiz2؛ Rebeca Sánchez Haro2 | ||
| 1Escuela de Ingeniería Industrial, Universidad César Vallejo | ||
| 2Escuela de Ingeniería de Materiales, Universidad Nacional de Trujillo | ||
| تاریخ دریافت: 13 خرداد 1404، تاریخ بازنگری: 15 مهر 1404، تاریخ پذیرش: 17 آبان 1404 | ||
| چکیده | ||
| This study evaluated the thermal performance of a 100 cc internal combustion engine cylinder through the integration of geometry–material–FEM criteria aimed at a techno-economic co-optimization. Four fin geometries (rectangular, circular, angular, and trapezoidal prismatic) and five alloys preselected using CES EduPack (Al 5182-H19, Mg Z6, lamellar graphite cast iron EN-GJL-300, Zn–Cu–Ti Korloy 3130, and Zn–Al ZA-27) were analyzed. The developed method comprised: (i) CAD modeling in SolidWorks, (ii) material preselection based on thermal conductivity (k), density (ρ), and cost, and (iii) steady-state thermal simulations in ANSYS, where minimum and maximum temperatures (Tmin/Tmax), heat flux, and fin mass were quantified. The results showed that the angular geometry maximizes heat dissipation, reaching a maximum heat flux of approximately 0.069 W/mm² (Al 5182-H19: 0.069172; Mg Z6: 0.069177), outperforming rectangular (≈ 0.056–0.063 W/mm²), trapezoidal (≈ 0.044–0.050 W/mm²), and circular (≈ 0.038–0.042 W/mm²) geometries. With the Mg Z6 alloy, fin mass remained low (0.360 kg for angular), offering advantages over aluminum (≈ 0.522 kg) and particularly over cast iron (≈ 1.424 kg). In relative terms, the angular + Mg Z6 combination increased maximum heat flux by approximately 85% compared with circular + Mg Z6 (0.069177 vs. 0.037448 W/mm²) and by 24% compared with rectangular + Mg Z6 (0.055613 W/mm²), maintaining Tmax ≈ 585 K and reducing Tmin to ≈ 552 K, thereby enhancing the thermal dissipation gradient at the fin base. In summary, the main contribution of this study is a reproducible methodology for form–material co-optimization based on the finite element method and a multicriteria selection (k–ρ–cost), enabling quantitative decision-making for small-displacement cylinder redesign. Consequently, the combination of angular fins with the Mg Z6 alloy is identified as the most favorable option for lightweight engines, balancing thermal performance, mass, and cost. | ||
| کلیدواژهها | ||
| Cooling fins؛ heat transfer؛ materials selection؛ finite element method؛ 100 cc engines | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| طراحی حرارتی پرهها برای سیلندرهای موتور ۱۰۰ سیسی بر اساس روش اجزا محدود (FEM) و انتخاب چند معیاره (k-ρ-cost): مقایسه Al 5182-H19، Mg Z6، ZA-27، Zn-Cu-Ti و EN-GJL-300 | ||
| چکیده [English] | ||
| این پژوهش کارایی حرارتی سیلندر موتور احتراق داخلی 100 سیسی را با ادغام معیارهای هندسه–مواد–FEM برای همبهینهسازی فنی–اقتصادی ارزیابی کرد. چهار هندسهٔ پره (مستطیلی، دایرهای، زاویهدار و منشوریِ ذوزنقهای) و پنج آلیاژ برگزیده با CES EduPack (Al 5182-H19، Mg Z6، چدنِ گرافیتِ لایهای EN-GJL-300، Zn–Cu–Ti Korloy 3130 و Zn–Al ZA-27) بررسی شد. روش شامل: (i) مدلسازی CAD در SolidWorks، (ii) پیشانتخاب مواد بر پایهٔ رسانندگی حرارتی k، چگالی ρ و هزینه، و (iii) شبیهسازیهای حرارتیِ پایا در ANSYS با کمّیسازی Tmin/Tmax، شار حرارتی و جرم پره بود. نتایج نشان داد هندسهٔ زاویهدار بیشترین دفع حرارت را دارد و به شار بیشینهٔ ≈0.069 W/mm² (Al 5182-H19: 0.069172؛ Mg Z6: 0.069177) میرسد؛ بالاتر از مستطیلی (≈0.056–0.063)، ذوزنقهای (≈0.044–0.050) و دایرهای (≈0.038–0.042). با آلیاژ Mg Z6 جرم پره پایین ماند (0.360 kg برای حالت زاویهدار) و نسبت به آلومینیوم (≈0.522 kg) و بهویژه چدن (≈1.424 kg) برتری داشت. ترکیب «زاویهدار+Mg Z6» شار بیشینه را نسبت به «دایرهای+Mg Z6» حدود 85٪ و نسبت به «مستطیلی+Mg Z6» 24٪ افزایش داد، در حالیکه Tmax ≈585 K حفظ و Tmin ≈552 K کاهش یافت؛ بنابراین شیب دفع حرارت در پایۀ پره تقویت شد. جمعبندی: یک روششناسیِ بازتولیدپذیر برای همبهینهسازی فرم–ماده بر پایهٔ اجزای محدود و انتخاب چندمعیاره (k–ρ–هزینه) ارائه میشود که تصمیمگیری کمّی برای بازطراحی سیلندرهای کمحجم را ممکن میسازد. در نتیجه، پرههای زاویهدار با آلیاژ Mg Z6 بهترین گزینه برای موتورهای سبک بوده و میان کارایی حرارتی، جرم و هزینه توازن برقرار میکنند. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| پرههای خنککننده, انتقال حرارت, انتخاب مواد, روش اجزای محدود, موتورهای ۱۰۰ سیسی. تحلیل حرارتی, شبیهسازی ANSYS, سیلندر موتور | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 248 |
||