Stokastik reaktör model yaklaşımı ile biyodizel pilot yakıtlı doğalgaz motoru simülasyonu
Biodiesel pilot fueled natural gas engine simulation using stochastic reactor model
Yazar: ENES FATİH PEHLİVAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. İSMAİL ALTIN
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
Bu çalışmanın amacı, iki alternatif yakıtın çift yakıtlı motorda birlikte yakılmasının motor performansı ve egzoz emisyonları üzerine etkilerini teorik olarak incelemektir. Teorik çalışmada kullanılan yöntem stokastik reaktör model yaklaşımıdır ve yaklaşım temel olarak olasılık yoğunluk fonksiyonuna (PDF) dayanmaktadır. Bu yaklaşımı temel alan motor simülasyon yazılımı ana yakıt doğalgaz ve pilot yakıt biyodizel içeren çift yakıtlı motorda simülasyon yapmak için kullanılmıştır. Yazılım yakıtların detaylı ve indirgenmiş kimyasal kinetik mekanizmalarıyla çalışmaktadır. Çalışmada kullanılan biyodizel kimyasal kinetik mekanizması 71 bileşen ve 217 reaksiyon içeren indirgenmiş metil dekanoat/metil-9-dekenoat/n-heptan ile temsil edilmektedir. Biyodizelin doğalgaz motorunda yanmasını temsil eden toplam 80 farklı durum için simülasyonlar parametrik olarak gerçekleştirilmiştir. Motor performansı açısından silindir basıncı ve ısı açığa çıkış oranı karakteristikleri ve egzoz emisyonları incelenmiştir. Optimum durumlarda simülasyon basınç ve ısı açığa çıkış oranı karakteristiklerinin deneysel veriyle uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Egzoz emisyonları açısından NOX emisyonu haricindeki diğer emisyonların deneysel veriye yakın sonuçlar vermediği gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlar stokastik reaktör modelin çift yakıtlı motorların incelenmesinde etkin bir şekilde kullanılabileceğini göstermiştir. Bununla beraber, simülasyonun hassasiyeti kullanılan yakıtların kimyasal kinetik mekanizmalarının doğruluğuna bağlı olduğu yapılan çalışma ile açıkça ortaya konmuştur.

Abstract:
The aim of this study is to examine theoretically the influences of simultaneous combustion of two alternative fuels in dual fuel engine on engine performance and exhaust emissions. Method used in this theoretical study is stochastic reactor model approach and the approach is based on probability density function (PDF) as a basis. An engine simulation software based on this approach were utilized to simulate in dual fuel engine included biodiesel as a pilot fuel and natural gas as a main fuel. The software is to run with detailed and reduced chemical kinetic mechanisms. The chemical kinetic mechanism of biodiesel used in this study is represented with reduced methyl decanoate/methyl-9-decenoate/n-heptane contained 71 species and 217 reactions. Simulations were parametrically performed for total 80 different cases exemplified combustion of the biodiesel in natural gas engine. Cylinder pressure and heat release rate characteristics in terms of engine performance and exhaust emissions were investigated. It was observed that simulation pressure and heat release rate characteristics are accordant with experimental data in optimum cases. It was observed that other emissions, excluding NOx emission, did not give results close to experimental data in terms of exhaust emissions. The observed results shows that stochastic reactor model is effectively utilized to investigate the dual fuel engines. In addition, simulation precision is clearly revealed with performed study that utilized fuels depended on accuracy of the chemical kinetic mechanisms.