Dizel motorlarında ısı salımının azot oksit emisyonlarına etkisinin teorik ve deneysel olarak araştırılması
Experimental and theoretical investigation of the effect of heat release rate on nitrogen oxides
Yazar: LEVENT YÜKSEK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. TARKAN SANDALCI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Dizel motorlar = Diesel engines

Özet:
Dizel motoru ile tahrik edilen taşıtlar, verimlilikleri nedeniyle günümüzde önem kazanmışlardır. Taşıt kaynaklı kirlilik sorunu ise hâlihazırda çözümlenememiş problemler içerisinde birincil düzeydedir. Azot oksitler regülasyonlar ile sınırlanmış kirleticilerdir ve gelecekte Euro-6 emisyon sınırlaması kapsamında, dizel motorlarında azaltılması zorunlu tutulmuştur. Doktora tezinin amacı, dizel motorlarında yanmaya bağlı ısı salım oranının azot oksit emisyonları üzerindeki etkisinin araştırılması ve modellenmesidir. Isı salım oranının değişiminin silindir içi basıncına etkisini elde edebilmek için, boyutsuz ve çok bölgeli bir termodinamik model geliştirilmiştir. Yanmanın simülasyonunda çift Wiebe ısı salımı modeli kullanılmıştır. Azot oksit emisyonlarının simülasyonunda ise genişletilmiş Zeldovich modeli ve kısmi denge yaklaşımı kullanılmıştır. Model kalibrasyonu için, ortak hat yakıt püskürtme sistemine sahip, çok silindirli, ticari bir dizel motoru deney motoru olarak tercih edilmiştir. Motor performans değerleri ve emisyonlar, farklı ön püskürtme miktarları ve püskürtme avansları için ölçülmüştür. Isı salımı oranının değişimi, her deney şartı için silindir içi basıncı analiz edilerek elde edilmiştir. Model kalibrasyonunun sonrasında, çok bölgeli termodinamik model, deneysel sonuçlarla %97'nin üzerinde uygunluk göstermiştir. Bununla birlikte azot oksit modeli ise yeterli doğrulukta tahminler üretmiştir.

Abstract:
Diesel engine powered vehicles are gaining importance due to the advantage of thermal efficiency. Vehicle induced pollution is one of the primary problem which has not been solved today. Nitrogen oxides are regulated pollutants and have to be reduced in diesel engines according to upcoming Euro-6 legislation. Investigation and modelling the effect of the rate of heat release on engine-out nitrogen oxides are the main aim of this PhD thesis. A zero-dimensional and multi-zone cylinder model was developed for estimation of the effect of the rate of heat release on performance parameters of diesel engine. Double-Wiebe rate of heat release global model was used to describe fuel combustion. Extended Zeldovich mechanism and partial equilibrium approach were used for modelling the formation of nitrogen oxides. A multi-cylinder, commercialized common-rail diesel engine was selected for the calibration process of model. Engine performance outputs and exhaust emissions were measured for different pre-injection quantities and injection advances. Rate of heat release was obtained by analysing the in-cylinder pressure data. Multi-zone cylinder model showed good relevancy, which is higher than 97% with respect to experimental in-cylinder pressure data, after the model calibration process. Also it was seen that the NOx formation model greatly predicted the engine-out NOx emissions.