بخارگرفتگی شیشههای خودرو
بخارگرفتگی شیشههای خودرو از آن دسته مشکلاتی است که هر از گاه اتفاق میافتد؛ اما هنوز این مشکل کوچک یکی از 10 مشکل عمده صنعت تهویه مطبوع جهان باقی مانده است.بخار گرفتگی شیشهها هنگامی اتفاق می افتد که دمای شیشه تا زیر نقطه شبنم هوا کاهش یابد.این مساله ناشی از افزایش رطوبت نسبی در اتاقک خودرو یا ناشی از کاهش دمای شیشه ی خودرو است.
تکنیک جدیدی برای بخارزدایی شیشه خودرو:
پژوهشگران دانشگاهی تکنیک جدیدی برای بخارزدایی شیشه خودرو ارائه کردند محققان ایرانی موفق به ابداع روشی جدید برای بخارزدایی شیشه جلو خودرو شدند.
تحقیقات دکتر محمد حسن سعیدی - دانشیار دانشکده مکانیک دانشگاه صنعتی شریف - و دو تن از دانشجویان دکتری مکانیک دانشگاه خواجه نصیر - مهندس زهرا بنی عامریان و رامین مهدی پور - به ارائه روش (ابزاری) جدید به منظور بخارزدایی شیشه جلو خودرو منجر شده است به گفته محققان، این ابزار با کنترل و در واقع مدیریت جریان هوای خروجی از دریچههای سیستم تهویه مطبوع خودرو ایجاد میشود که دستیابی به این هدف با اضافه کردن و ایجاد یک سری تصحیحات خاص در سیستم تهویه مطبوع کنونی خودروها، امکان پذیر است.
آنچه از یک سیستم برفک بخارزدایی خودرو انتظار میرود این است که به
محض روشن شدن خودرو فعال شده و بخار و یخزدگی شیشه را به طور کامل از بین ببرد،
به علاوه پاکیزه شدن شیشه خودرو کاملا یکنواخت صورت گیرد و کل مقطع شیشه عاری از
یخ و بخار شود و در نهایت یخ و بخار در هیچ مرحله از سفر نباید مجددا ایجاد شود.
موارد مذکور میتواند اهداف ایجاد چنین سیستمی باشد، آنچه به زعم
محققان این طرح، روشهای کنونی برفک زدایی در خودروها که شاید بتوان بهترین آنها را
در خودرو مرسدس بنز دید،چندان در تحقق آنها موثر و موفق نبودهاند چرا که اولین
قسمتهایی از شیشه که پس از زمان نه چندان مناسب، از بخار پاک میشود،زیر سطح
بحرانی دید راننده است که از لحاظ امنیت خودرو اصلا مناسب نیست.
به طور کلی تشکیل بخار روی شیشه به دلایلی چون تعرق و تنفس سرنشینان،
ورود سرنشینی با لباس مرطوب به داخل خودرو و یا بالا رفتن نسبی رطوبت هوای محیط و
در عین حال کاهش دما، صورت میگیرد.
با افزایش استفاده از گردش مجدد هوا در سیستم تهویه که مانع از تخلیه
رطوبت از اتاقک خودرو میشود، مشکل مه گرفتگی شیشههای خودرو بسیار بیشتر شده است .
خودروهای ژاپنی خصوصا بیشترین مه گرفتگی شیشه را دارند و آن به خاطر
تکیه فراوان سیستم تهویه مطبوع خودرو روی گردش دوباره جریان هواست.
دانشمندان و متخصصان فراوانی به منظور تشخیص و رفع مشکل بخار گرفتگی
شیشهها در خودرو تلاش کردهاند اما هر یک به موفقیتهای محدودی در این زمینه دست
یافتهاند.
پیشرفتهای اخیر در تکنیکهای آزمایشگاهی و نیز محاسبات CFD کمکهای شایانی به بهینه کردن سیستم بخارزدا در خودرو کرده است؛ البته
به علت پیچیدگی هندسه اتاقک خودرو اکثر فعالیتهای گذشته، به صورت آزمایشگاهی
انجام شده است.
به زعم محققان، این طرح اگر چه پیشرفتهای فراوانی در فهم مشخصات
جریان هوا و تشخیص مشکلات موجود در سیستمهای کنونی بخارزدایی در خودروهای مسافری
صورت گرفته، اما همچنان نیاز به بررسیهای دقیق تر و تلاشهای بیشتری نیز هست، چرا
که اکثر فعالیتهای انجام شده در راستای تشخیص مشکل بوده و راهکارهای ارائه شده به
علتهایی چون هزینه بالای اجرا و ساخت غیر ممکن و ... تاکنون
عملی نبوده است.
پژوهشگران ایرانی در تحقیقات خود ابتدا به شبیه سازی سیستم تهویه
مطبوع خودرو و جریان هوای داخل اتاقک خودرو پرداختند.
در این راستا پس از شبیه سازی هندسی اتاقک خودرو سمند با اندازه های
واقعی، در نرمافزار SOLID WORK این مدل
در محیط نرم افزار GAMBIT، مشبندی و سپس در نرمافزار FLUENT، تحلیل ممنتوم و انرژی شد. سپس با استفاده
از نتایج تحلیل فلوئنت و تدوین یک برنامه رایانهای بر مبنای قوانین انتقال جرم در
حالت گذرا، ضخامت فیلم بخار روی شیشه محاسبه شد تا بدین ترتیب شرایط بهینه جریان
مورد استفاده برای بخارزدایی تعیین شود.
در این پروژه عملکرد شش حالت مختلف، شامل حالت کنونی سیستم بخارزدایی
خودروها و پنج حالت پیشنهادی دیگر با یکدیگر مقایسه شده و بهترین حالت، پیشنهاد
شده است.
تفاوت حالتهای پیشنهادی در محلهای ورودی و خروجی سیستم بخارزدا
میباشد.
محققان با بیان این که بهترین روش، روشی است که بخار روی شیشه را در
منطقه بحرانی سریعتر از بین برده و در عین حال از حیث میدان ممنتوم و حرارتی شرایط
آسایش را برای سرنشینان فراهم کند، نتیجه گرفتهاند: حضور دریچههای خروجی در قسمت
عقب خودرو، منجر به کشیده شدن هوای گرم سیستم بخارزدا در سمت عقب خودرو میشود.
این پدیده از دو جهت مطلوب نیست، از طرفی به بالا رفتن دمای اتاقک و
از بین رفتن آسایش سرنشینان منجر میشود و از طرف دیگر، مانع از جریان یافتن هوا
در راستای شیشه شده و هوا را تا حدودی از شیشه منحرف میکند.
در نهایت بهترین حالت، وضعیتی عنوان شده که دریچههای ورودی در زیر
شیشه و A-Pillar سمت چپ باشد و خروجی در A-Pillar سمت راست واقع شده باشد.
هراس عجیبی به دلم میافتد وقتی که در هوای سرد با شیشههای بخار
گرفته مجبور به رانندگی هستم. در چنین شرایطی مجبورم شیشه را علیرغم ورود هوای
سرد بیرون به داخل ماشین، کمی پایین بکشم؛ چرا که معطل شدن برای اینکه سیستم
تهویه داخل خودرو بخار شیشهها را بزداید وقتگیرتر به نظر میرسد...
بخارگرفتگی شیشههای خودرو از آن دسته مشکلاتی است که هرازگاه اتفاق
میافتد؛ اما هنوز این مشکل کوچک یکی از 10 مشکل عمده صنعت تهویه مطبوع جهان باقی
مانده است. بخار گرفتگی شیشهها هنگامی اتفاق میافتد که دمای شیشه تا زیر نقطه
شبنم هوا کاهش یابد. این مساله ناشی از افزایش رطوبت نسبی در اتاقک خودرو یا ناشی
از کاهش دمای شیشه خودرو است. شاید برایتان جالب باشد که بدانید بتازگی محققان
ایرانی موفق به ابداع روشی جدید برای بخارزدایی شیشه جلو خودرو شدند.
به گفته این پژوهشگران این ابزار با کنترل و در واقع مدیریت جریان
هوای خروجی از دریچههای سیستم تهویه مطبوع خودرو ایجاد میشود که دستیابی به این
هدف با اضافه کردن و ایجاد یک سری اصلاحات خاص در سیستم تهویه مطبوع کنونی
خودروها، امکانپذیر شده است. ما هم به این بهانه با مهندس زهرا بنیعامریان،
دانشجوی دکتری مکانیک دانشگاه خواجه نصیر، محقق سیستم بخارزدایی که تحت نظر دکتر
محمدحسن سعیدی ارائه شده به گفتگو نشستهایم.
شیشه خودرو چرا و تحت چه شرایطی بخار میگیرد؟
به طور کلی عوامل و دلایل تشکیل بخار روی شیشه به چند دسته تقسیم میشود:
مه گرفتگی پیش از استارت خودرو که حاصل از حضور بخار در اتاقک خودرو
از قبل یا کاهش دمای هوای محیط است. مه گرفتگی آنی در شروع استارت موتور که ناشی
از وجود چگالش بخار از عملکرد قبلی سیستم تهویه است. مه
گرفتگی ناشی از افزایش رطوبت اتاقک خودرو به خاطر حضور سرنشینان یا ورود سرنشینی
با لباستر از بیرون، کاهش ناگهانی دمای شیشه جلوی خودرو در طول سفر مثلاً بارش
ناگهانی باران در یک روز گرم، افزایش رطوبت ناشی از تنفس و تعرق سرنشینان خودرو و
شرایط آب و هوایی گرم و مرطوب با نسبت رطوبت بالا.
ارائه تکنیکی مناسب برای بخارزدایی چگونه صورت میگیرد؟
با فرض ثابت بودن خواص حرارتی شیشههای خودرو، دو عامل مهم برای
جلوگیری از فرآیند بخارگرفتگی باید مورد توجه قرار گیرند. عامل اول
گذر مناسب و موثر جریان هوای داخل اتاقک از شیشههای جلو و جانبی خودرو است. این
در صورتی امکان دارد که اولاً هوا با دبی یا حجمی کافی از خروجیهای سیستم
بخارزدا خارج شود. (که این مساله هم با کنترل بازده مناسب فن در سیستم تهویه مطبوع
خودرو و هم با کنترل افت فشار این سیستم و کانالهای مربوط قابل دسترسی است.)
ثانیاً این دبی حجمی بالای جریان در بهترین حالت ممکن مدیریت شود. به عبارت دیگر
این جریان باید در کل سطح شیشهها و با انتقال حرارت بالا بین جریان هوا و سطح
شیشه برقرار شود. این در صورتی امکانپذیر است که جریان هوا در نزدیکترین فاصله
ممکن و با حداکثر سرعت ممکن از سطح شیشه بگذرد.
سیستمهای بخارزدا یا برف روب کنونی در خودروها با چه نقصهایی روبهرو هستند؟
در واقع نقص اساسی سیستمهای بخارزدای کنونی از آنجا ناشی میشود که
جریان هوای پاشش شده از پنلهای بخارزدا به سمت شیشه جلو، کاملا در راستای شیشه و
تا انتهای آن ادامه نمییابد، بلکه تا پیش از رسیدن به مرکز شیشه، منحرف شده به
سمت عقب خودرو جریان مییابد. واضح است که روشهای کنونی بخارزدایی در خودروها
چندان مؤثر نیستند، زیرا اولین قسمتهایی از شیشه که پس از زمان نهچندان مناسب،
از بخار پاک میشود، زیر سطح بحرانی دید راننده است. پیچیدگی توپوگرافی شیشه و
هندسه نازل برفکزدا به ترکیب ناکافی جریان، انتقال لحظهای ضعیف و در نتیجه ایجاد
نواحی مرده جریان در قسمتهای بحرانی دید منجر میشود.
تنظیم و کنترل سیستم گردش هوا و تهویه مطبوع در داخل خودرو برای جلوگیری از بخارگیری شیشهها چگونه باید اعمال شود؟
توانایی جریان هوا برای جریان در راستای شیشه تا حدود زیادی به جزییات
هندسی شیشه و دریچههای خروجی وابسته است تا به دبی و سرعت جریان. در مورد شیشه
جلوی خودرو محل پاشش جریان باید در قسمت پایه پنجره باشد و در مکانی که از آن پس
جریان براحتی در راستای شیشه به سمت بالا حرکت کند. این در حالی است که در مورد
شیشههای کناری جهت هوا، باید به سمت مرکز شیشه باشد. شفافیت شیشههای خودرو و پاک
بودن آنها از هر گونه آلودگی، برفک یا بخار، کاملاً ضروری است.
آنچه از سیستم بخارزدای خودرو انتظار میرود، این است که به محض روشن
شدن خودرو، بخار و یخزدگی شیشه را به طور کامل از بین ببرد. به علاوه پاکیزه شدن
شیشه خودرو باید کاملاً یکنواخت صورت گیرد و کل مقطع شیشه عاری از یخ و بخار شود و
در نهایت یخ و بخار در هیچ مرحله از سفر نباید دوباره ایجاد شود. موارد مذکور میتواند
اهداف ایجاد یک سیستم بخارزدای مطلوب باشد.
بر اساس آخرین مطالعات انجام شده، چه عواملی بیشترین تاثیر را در ایجاد یک سیستم بخارزدای مطلوب دارند؟
گرم کردن محیط داخل خودرو تا حدی رطوبت نسبی را کاهش میدهد، اما تا
هنگامی که رطوبتی داخل خودرو باشد همچنان شیشهها بخارمی گیرند. تنفس و تعرق
سرنشینان داخل خودرو براحتی رطوبت هوا را به حد اشباع (100 درصد) میرساند.
برای جلوگیری از بخار گرفتگی، باید دمای شیشه به دمایی بالاتر از نقطه شبنم محیط
برسد. متاسفانه هنگامی که شیشه بخواهد به چنین دمایی برسد، دمای محیط داخل ماشین
بسیار بالا میرود.
مهندس بنیعامریان: مهمترین عوامل موثر بر بخارزدایی شیشه خودرو سرعت هوا در راستای شیشه دمای هوا، رطوبت نسبی محیط و ضخامت اولیه فیلم بخار است:
راه حل بهتر، فعال کردن سیستم تهویه مطبوع خودرو است. در حقیقت این سیستم، رطوبت را از هوای داخل خودرو گرفته و آن را به
صورت قطرات آب از زیر خودرو خارج میکند. اما قضیه به همین راحتی پایان نمیپذیرد؛
با خشک شدن هوای داخل خودرو، دمای آن کاهش یافته و مسافران احساس سرما میکنند. از
طرفی هوای سرد داخل خودرو کمکم شیشه را سرد میکند تا جایی که قطرات آب روی شیشه
ظاهر میشود. در این حالت باید برف پاککن را روشن کرد. از آنجا که معمولا برف پاککنی
روی این دو شیشه جانبی تعبیه نمیشود، راننده و سرنشین جلو برای پاک کردن قطرات
مرتبا شیشههای جانبی را بالا و پایین میکشند و به نفوذ هوای مرطوب خارج به داخل
خودرو کمک میکنند. این موضوع باعث اعمال بار رطوبتی فراوانی به سیستم بخارزدا شده
که در نهایت به عدم کارایی این سیستم ختم می شود.
بهترین حالت برای بخارزدایی طی محاسبات انجام شده چه وضعیتی است؟
مهمترین پارامترهای موثر بر بخارزدایی شیشه خودرو سرعت هوا در راستای
شیشه، دمای هوا، رطوبت نسبی محیط و ضخامت اولیه فیلم بخار است. سرعت هوا از دو جهت
فرآیند بخارزدایی را تحت تاثیر قرار میدهد. با
افزایش سرعت هوا ضریب انتقال حرارت جابهجایی افزایش مییابد و انتقال حرارت
موثرتری بین هوا و شیشه جلوی خودرو صورت خواهد گرفت. از طرف دیگر افزایش سرعت هوا
و انتقال جرم رابطه مستقیمی با یکدیگر دارند و با افزایش سرعت، نرخ تبخیر آب از
سطح شیشه افزایش پیدا میکند. البته معمولا در افزایش سرعت هوا در سیستمهای تهویه
مطبوع محدودیتهایی نیز وجود دارد. یکی از این محدودیتها، تامین شرایط آسایش
انسانهاست. به طور کلی هوای ساکن با دمای مطلوب بیش از جریان هوا با همان دما
شرایط آسایش انسان را تامین میکند. محدودیت دیگر مربوط به اندازه فنهای مربوط به
سیستمهای تهویه است. برای بالاتر بردن سرعت قدرت بیشتری از فن لازم است و قدرت
بالاتر منجر به افزایش اندازه فن میشود در حالیکه در خودرو فضای کوچکی به سیستم
بخارزدا اختصاص داده شده است.
از دیگر پارامترهای موثر بر عملکرد سیستم بخارزدا، دمای هوا در راستای
شیشه است. مسلما با افزایش دما عملکرد مطلوبتری از این سیستم حاصل میشود، اما به
منظور تامین شرایط آسایش سرنشینان معمولا سعی بر حفظ دما در محدوده خاصی میشود.
روشی که توسط شما و همکاران محققتان ارائه شده از چه تکنیکی برای
بخارزدایی بهره میگیرد و چه مزیتهایی نسبت به شیوههای ارائه شده کنونی دارد؟
در این پژوهش، پس از بررسی میدان جریان هوای داخل اتاقک خودرو، مساله
گذرای انتقال جرم به منظور یافتن زمان لازم برای از بین رفتن بخار از روی شیشه
توسط سیستم بخارزدا، محاسبه میشود. از میان شیوههای ارائه شده کنونی، برجستهترین
نقاط قوتشان انتخاب شده است.
مهمترین عامل ناکارآمدی روشهای کنونی بخارزدایی این است که بخش
اعظمی از هوای هدایت شده به سمت شیشه جلو بدون اینکه کل سطح شیشه را دربر گیرد و
در مواردی پیش از رسیدن به سطح بحرانی دید، به سمت عقب اتاقک منحرف میشود. روش
جدیدی که در این پروژه ارائه میشود، بر مبنای افزایش انتقال حرارت در سطح شیشه،
توسط افزایش اختلاط جریان است.
همانطور که واضح است، بهترین روش، روشی است که بخار روی شیشه را در
منطقه بحرانی سریعتر از بین ببرد و در عین حال شرایط آسایش را برای سرنشینان
فراهم کند. نتایج نشان میدهد حضور دریچههای خروجی در قسمت عقب خودرو، منجر به
کشیده شدن هوای گرم سیستم بخارزدا به سمت عقب خودرو میشود. این پدیده از دو جهت
مطلوب نیست. از طرفی منجر به بالا رفتن دمای اتاقک و از بین رفتن آسایش سرنشینان
میشود و از طرف دیگر، مانع از جریان یافتن هوا در راستای شیشه شده و هوا را تا
حدودی از شیشه منحرف میکند.
آیا سیستم ارائه شده مراحل تولید را نیز طی کرده است؟ نصب آن در خودروها چقدر هزینه در بر دارد؟
طرح ارائه شده در سازمان ثبت اختراعات به ثبت رسیده، اما هنوز وارد مرحله تولید نشده است.هزینه اجرای این طرح هم بسیار پایین است. ایجاد سرعت و دمای لحاظ شده در مدلسازی جزئی قابلیتهای کنونی هیتر و فن سیستم تهویه است و نیاز به افزودن هیتر اضافی یا فن قویتر نیست.
شیشه گرم کن عقب:
هنگامی که شیشه عقب خودرو یخ بزند یا برف روی آن جمع شود ویا بخار
داخل خودرو روی شیشه عقب را بپوشاند دیدن جاده وخودروهای پشت سر از طریق آینه داخل
خودرو غیر ممکن میشود و مشکلات زیادی را در هنگام رانندگی بوجود می آورد وگاه هم
موجب حادثه می شود.لذا برای رفع این عیب از گرمکن شیشه عقب استفاده میشود.
بخار شیشه در روزهای سر به دلیل میعان میباشد داخل خودرو نسبت به خارج
از خودرو سرد تر میباشد وهمین امر باعث میشود که بخار آبی که درون خودرو وجود دارد
به شیشه چسبسده و پس از سرد شدن تبدیل به بخار آب شود برای جلو گیری از این پدیده
باید شیشه گرم شود این گرم شدن شیشه در شیشه جلو توسط بخاری صورت میگیرد اما در
شیشه عقب به دلیل طولانی بودن مسافت نمی توانیم از بخاری استفاده کنیم یا در
مواقعی آن قدر هوا سرد نیست که بخواهیم از بخاری استفاده کنیم به همین جهت با
استفاده از طرح شیشه گرم کن این مشکل را حل میکنیم.
شیشه گرم کن عقب:
شیشه گرم کن در واقع یک المنت است که با برقراری جریان در آن شروع به
گرم کردن شیشه میکند.
هنگامی که سوییچ روشن است با فشار دادن کلید گرمکن شیشه عقب جیان برق
وارد گرمکن شده وشیشه عقب را گرم نگه میدارد. در اینصورت از یخ زدن و بخار گرفتگی
شیشه عقب جلوگیری شده. از اینرو شیشه عقب همیشه تمیز مانده و راننده
از طریق آیینه داخل خودرو به راحتی میتواند جاده و خودروهای پشت سر را ببیند واز
بروز خطرات جلوگیری شود.
ناگفته نماند که قدرت این المنت بسته به شیشه و خودروهای متفاوت فرق
دارد .
مدار آن تشکیل شده ا ز:
-1 باطری 2- اتومات استارت 3- آمپر متر 4- سوییچ 5- جعبه فیوز 6- کلید یک
پل جلو داشبورد ۷- چراغ هشدار دهنده روش بودن گرم کن
این المنت به صورت فابریک در شیشه ها جای داده شده است و دو سر سیم آن
بیرون گذاشته شده است .
یک سر این سیم به بدنه متصل میگردد و سر دیگر باید به جریان مثبت متصل
گردد.
جریان مثبت ابتدا از باطری نشعت گرفته و پس از ورود به سر اتوماتیک
استارت از آنجا به آمپرمتر می رود و بعد از آن به BT سوییچ می
رود.
با باز کردن سوییچ برق BT به Ignition برقرار میشود و پس از عبور از فیوز اختصاصی به کلید مخصوص شیشه گرمکن
میرود و پس از عبور از لامپ هشدار دهنده روشن بودن گرمکن که در جلو آمپر نصب گردیده
(با فعال شدن شیشه گرمکن این چراغ نیز روشن میشود ونشانه این است که شیشه گرمکن
فعال است (به سر دیگر شیشه گرمکن میرود ومدار خود را
پس از عبور از المنت عقب در بدنه تکمیل می کند
حال در صورت باز بودن سوییچ و بستن مدار شیشه گرمکن به وسیله کلید
مخصوص خود چراغ هشدار دهنده روشن میشود و گرمکن نیز فعال میشود وشروع به گرم کردن
شیشه می کند شیشه گرمکن تا مادامی که کلید مخصوص آن یا سوییچ باز است فعال می
باشدبخارزدایی شیشه خودرو
برای اولین بار در ایران سیستم تهویه مطبوع اتوماتیک در سورن ELX طراحی شده است . کنترل میزان هوای کابین ، کنترل دمای داخل کابین ،یخ
زدایی و بخار زدایی در زمستان از جمله کارآیی های سیستم تهویه اتوماتیک طراحی شده
توسط ایران خودرو هستند این سیستم به وسیله سنسور های نصب شده بر روی موتور ، سپر
ها و داخل کابین بیش ترین کارآیی لازم را در سرمایش و گرمایش خودرو ارائه می دهد .
سیستم تهویه اتوماتیک با کمک دریچه های استاندارد و بهینه سازی شده سورن ELX کارآیی بهتری نسبت به موارد مشابه در خودرو های هم کلاس خود خواهد
داشت . این سیستم با دارا بودن آپشن ها و حالت های گوناگون شرایط بهینه ای را در
حالت econ برای
مصرف سوخت به همراه خواهد داشت . در انواع سمند هوارسانی و تهویه هوا برای
سرنشینان عقب آن گونه که باید هر چند به صورت غیر مستقل ولی کامل صورت نمی گرفت .
سورن ELX با دارا بودن دریچه های مجزا برای سرنشینان
عقب تمامی نقاط کابین خودرو را پوشش می دهد .
سیستم برقی خودرو در سورن ELX به صورت
یک پارچه تحت نام JUNCTION BOX در
مجموعه پیش مونتاژ شده داشبورد قرار می گیرند که این پکیج شامل فیوز ها ، رله ها
،سیستم هشدار دهنده و سایر تجهیزات تکمیلی می شود . ایجاد پکیج این چنینی کیفیت یک
پارچه و طول عمر بیش تری را برای قطعات برقی خودرو تضمین می کند . علاوه بر این
موارد سوییچ ها در سورن ELX به صورت
کامل ارتقاء پیدا کرده اند و همچنین جلوآمپر جدید با امکانات بیش تری نیز در این
خودرو به کار گرفته شده است .