CAI uygulamasında emme manifolduna giren havanın ısıtılması
Heating the air which enters to the intake manifold at CAI operation
Yazar: SALİHA ÖZARSLAN
Danışman: PROF. DR. SEBAHATTİN ÜNALAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde içten yanmalı motorlar hayatın vazgeçilmez bir parçasıdır. Hayatı kolaylaştırmaları yanında çevreye verdikleri egzoz gazı emisyonları sebebiyle de çevreyi kirletenler arasında ön sıralarda yer almaktadırlar. Egzoz emisyon değerlerinin Euro standartlarını sağlayabilmesi adına pek çok çalışma sayısal ve deneysel olarak yapılmaktadır. Araştırma konuları arasında alternatif yenilenebilir temiz yakıt arayışları ve motor üzerindeki modifikasyonlar yer almaktadır. Bu alanda yapılan çalışmalardan biri de kontrollü kendiliğinden tutuşmalı (CAI) veya homojen şarjlı sıkıştırmalı tutuşmalı (HCCI) içten yanmalı motorlardır. CAI ve HCCI'lı motorlar düşük NOx üretimi ve yakıt tüketiminde azalma sağlaması nedeniyle oldukça avantajlı görülmektedir. İçten yanmalı bir motorda kontrollü kendiliğinden tutuşmayı sağlamak için kullanılan yöntemlerden biri emme manifolduna giren havanın ısıtılarak silindir içi ortam sıcaklığını arttırmaktır. Bu çalışmada, kontrollü otomatik ateşleme yapılması istenen buji ateşlemeli bir motorda hava ısıtıcının dahil olduğu yeni bir manifold sisteminin giriş ve çıkış sıcaklıkları arasındaki zamana bağlı bağıntı araştırılmıştır. Isıtıcı ve manifoldun 3 boyutlu sayısal modeli bir CFD kodla çalıştırılmıştır. Isıtıcı kabına 600 W gücünde iki ısıtıcı yerleştirilmiştir. Hesaplamalar manifold çıkışında farklı hız değerleri için gerçekleştirilmiştir. Tüm sistemin başlangıç sıcaklıkları ortam sıcaklığında kabul edilmiştir. Ortam sıcaklıkları Kayseri için kış ve yaz şartları için sırasıyla 258 K ve 300 K olarak sabit seçilmiştir. Yeni manifold sisteminin hava çıkış sıcaklığının tahmin edilebilmesi için sayısal hesaplamaların sonuçlarından zamana bağlı bir ampirik denklem geliştirilmiştir. Geçici rejimdeki sayısal analizler ve deneysel çalışmaların uzun zaman aldığı ve masraflı olduğu bilinmektedir. Ancak bu denklem ile herhangi yeni bir sayısal çalışma olmadan herhangi bir ortam ve hava hızı için araştırılan ısıtıcı sistemin hava çıkış sıcaklığı kolayca hesaplanabilmektedir.

Abstract:
Nowadays internal combustion engine is an indispensable part of life. It takes part at the forefront among polluting systems because of exhaust gas emissions although it makes life easier. Many studies have been done as numerical and experimental so that exhaust gas emissions ensure Euro standards. The studies performed for alternative renewable clean fuel and modifications on the engine take part among hot research topics. Also one of the studies in this area is internal combustion engines with controlled auto ignition (CAI) or homogenous charge compression ignition (HCCI). Engines with CAI and HCCI are observed advantageous because of low production of NOx and reduction in fuel consumption. One of the methods used for controlled auto ignition in the internal combustion engine is to increase the ambient temperature within the cylinder by heating air entering into intake manifold. This paper investigates the time dependent relationship between inlet and outlet temperatures of a new manifold system incorporated with an air preheater in a spark ignition engine for a desired controlled auto ignition. A three-dimensional numerical modeling of the preheater and manifold was performed with a CFD code. Two heaters with powers of 600 W were located in the preheater. The calculations are realized for the different air velocities at the manifold outlet. Initial temperature of the whole system is considered at ambient temperature. The initial medium temperatures are chosen as 258 K and 300 K for winter and summer design values for Kayseri, respectively. In order to predict the air outlet temperatures of the new system, a time dependent correlation was developed from the results of the numerical calculations. It's well known that the transient numerical and experimental studies take a long time to reach the solution and they are costly. However, this correlation made it possible to provide a fine knowledge on the outlet temperature of air without any numerical or experimental work.