نوآوری‌های صنعتی

نوآوری‌های صنعتی

بررسی عددی اثر سایش رینگ پیستون بر نشتی گاز و روغن در کمپرسور رفت‌وبرگشتی لوکوموتیو با استفاده از CFD

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشگاه صنعتی اراک
چکیده
در این پژوهش، اثر سایش رینگ‌های پیستون بر نشتی گاز و روغن در کمپرسور رفت‌وبرگشتی لوکوموتیو با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) بررسی شده است. مدل‌سازی در دو بخش دوبعدی و سه‌بعدی انجام شد؛ در مدل دوبعدی فرآیند مکش و تراکم با در نظر گرفتن شرایط مرزی فشار، دما و سرعت دورانی تحلیل گردید و در مدل سه‌بعدی، رفتار جریان روغن و هوا در نواحی بالای پیستون، پشت رینگ‌ها و دیواره سیلندر به‌صورت تک‌فاز شبیه‌سازی شد. نتایج نشان داد که افزایش دور کمپرسور موجب کاهش زمان تراکم و کاهش بلوبای می‌شود، در حالی که افزایش نسبت تراکم و سایش رینگ‌ها باعث افزایش قابل توجه نشتی گاز و روغن می‌گردد. همچنین مشخص شد که رینگ‌های فرسوده حتی در دورهای بالا نیز نشتی قابل توجهی دارند که منجر به کاهش راندمان حجمی و افزایش آلایندگی می‌شود. بررسی‌ها نشان داد که بیشترین نشتی در ناحیه اوج فشار سیلندر رخ می‌دهد و تغییرات هندسی رینگ نقش مهمی در توزیع فشار و جریان دارد. مقایسه نتایج عددی و مرجع، انطباق حدود 10 درصدی را نشان داد که بیانگر دقت مناسب مدل توسعه‌یافته است. این مطالعه می‌تواند در بهبود طراحی رینگ‌ها و افزایش راندمان کمپرسورهای رفت‌وبرگشتی مؤثر باشد
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical Investigation of Piston Ring Wear Effect on Gas and Oil Leakage in a Locomotive Reciprocating Compressor Using CFD

نویسندگان English

somayeh Davoodabadi farahani
jalal joudaki
seyed ali sajadi
arakut
چکیده English

This study investigates the effect of piston ring wear on gas and oil leakage in a locomotive reciprocating compressor using Computational Fluid Dynamics (CFD). The compressor is a critical component of railway braking systems, where any reduction in compressed air delivery directly affects braking performance and operational safety. The numerical model is developed using a combination of two-dimensional transient simulation for suction and compression processes and a detailed three-dimensional CFD model for the piston–ring–cylinder lubrication and leakage regions. Governing equations for mass, momentum, and energy conservation, along with compressible isothermal flow assumptions in narrow clearances, are employed to model leakage through piston ring gaps. The results indicate that piston ring wear significantly increases blow-by leakage and oil transport into the compression chamber. While increasing rotational speed reduces blow-by due to shorter leakage time, higher compression ratios intensify leakage due to increased pressure gradients and thermal–mechanical stresses. Validation against reference data shows approximately 10% deviation, confirming acceptable model accuracy. The study demonstrates that severely worn rings lead to substantial efficiency loss, even at high speeds, and significantly increase oil contamination in the discharged air. The findings provide valuable insight for improving piston ring design and optimizing maintenance strategies in locomotive compressors.

کلیدواژه‌ها English

Reciprocating Compressor
Piston Ring Wear
Blow-by Leakage

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 22 تیر 1405

  • تاریخ دریافت 11 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 22 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 22 تیر 1405