طراحی، ساخت و ارزیابی عملکرد یک واحد جداساز هوا از روغن در سامانه‌های انتقال توان هیدرولیکی: مطالعه‌ی تجربی و عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی جندی‌شاپور دزفول، دزفول، ایران،

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی‌ جندی‌شاپور دزفول، دزفول، ایران،

10.61186/masm.2026.2082192.1179
چکیده
ورود هوا به سامانه‌های انتقال توان هیدرولیکی، چالشی بنیادین در ماشین‌های ثابت و متحرک به شمار می‌رود. از آنجا که، روش‌های متداول هواگیری برخط سامانه‌های انتقال توان هیدرولیکی، با محدودیت‌های عملکردی مواجه‌اند، این پژوهش با هدف طراحی، ساخت و بهینه‌سازی یک واحد جداساز هوا-روغن انجام گردید. به منظور شبیه‌سازی جریان آشفته، و ساز و کار فیزیکی جداسازی هوا از روغن، یک مدل عددی سه‌بعدی دوفازی، مبتنی بر ترکیب رویکردهای حجم سیال (VOF) و فاز گسسته (DPM)، توسعه یافت. برای اعتبارسنجی مدل عددی، یک مدار هیدروپنوماتیک آزمایشگاهی، طراحی و ساخته شد. مقایسه‌ی میان نتایج حاصل از اندازه‌گیری‌های تجربی، با نتایج عددی، حاکی از اختلافی معادل، 2/5 درصد برای راندمان جداسازی، و 5/6 درصد برای افت فشار، بود. این امر، اعتبار مدل را برای تحلیل متغیرهای مؤثر بر عملکرد واحد جداساز هوا-روغن تایید کرد. نتایج نشان داد که راندمان جداسازی، رفتاری غیرخطی دارد و محدوده‌ی سرعت بهینه 5/3 تا 5/5 متر بر ثانیه، توازنی میان راندمان بالا (90-5/87%) و افت فشار مناسب (1150-735 پاسکال)، برقرار می‌سازد. علاوه بر این، تحلیل هندسی واحد جداساز، بازه‌های بهینه‌ی کمیت‌های کلیدی را مشخص نمود. بر این اساس، مقادیر بهینه‌ی شیب بخش مخروطی (5-6 درجه)، قطر بخش استوانه‌ای (36-40 میلی‌متر) و قطر خروجی هوا (18 میلی‌متر)، به ترتیب، به راندمان‌هایی معادل، 89%، 90% و 90%، منجر شدند. بر این اساس، با انتخاب پارامترهای هندسی مناسب، می‌توان به توازنی مؤثر میان راندمان و مصرف انرژی در واحد جداساز هوا-روغن دست یافت که پیاده‌سازی آن، ارتقای قابلیت اطمینان و عمر مفید سامانه‌های هیدرولیکی را به همراه خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Design, Fabrication, and Performance Evaluation of an Air-Oil Separation Unit in Hydraulic Power Transmission Systems: A Numerical and Experimental Study

نویسندگان English

Majid Shokatzadeh 1
pezhman nikandish 2
1 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Jundi-Shapur University of Technology, Dezful, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Jundi-Shapur University of Technology, Dezful, Iran
چکیده English

The entry of air into hydraulic power systems presents a key challenge for both stationary and mobile machinery. Given the performance limitations of conventional online deaeration methods, this research was conducted to design, fabricate, and optimize an air-oil separator unit. To simulate the turbulent flow and the physical separation mechanism, a three-dimensional, two-phase numerical model was developed, integrating the Volume of Fluid (VOF) and Discrete Phase Model (DPM) approaches. A laboratory-scale hydro-pneumatic test rig was designed and fabricated to validate the numerical model. A comparison between experimental and numerical results revealed a discrepancy of approximately 2.5% for separation efficiency and 5.6% for pressure drop, thereby confirming the model's validity for analyzing the variables affecting the separator's performance. The results indicated that separation efficiency exhibits a non-linear behavior, with an optimal inlet velocity range of 3.5 to 5.5 m/s establishing a balance between high efficiency (87.5–90%) and an acceptable pressure drop (735–1150 Pa). Furthermore, the geometric analysis identified optimal ranges for key parameters. Accordingly, optimal values for the conical section angle (5–6°), cylindrical diameter (36–40 mm), and air outlet diameter (18 mm) yielded separation efficiencies of 89%, 90%, and 90%, respectively. These findings provide a quantitative and reliable framework for the optimal design of air-oil separators, demonstrating that an effective balance between efficiency and energy consumption can be achieved by selecting appropriate geometric parameters. The implementation of this approach is expected to enhance the reliability and service life of hydraulic systems significantly.

کلیدواژه‌ها English

Air-Oil Separator
Experimental Validation
Hydraulic Systems
دوره 5، شماره 1
بهار 1404
صفحه 112-88

  • تاریخ دریافت 06 دی 1404
  • تاریخ بازنگری 13 بهمن 1404
  • تاریخ پذیرش 04 اسفند 1404