Biyogaz yakıtlı reaktivite kontrollü sıkıştırma ateşlemeli bir motorun modellenmesi ve çalışma parametrelerinin optimizasyonu
Modeling and optimization of a biogas fueled reactivity controlled compression ignition engine
Yazar: TÜLAY ÇELİK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMAZAN ŞENER
Batman Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Yenilenebilir Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Biyogaz = Biogas ; Modelleme = Modelling ; Parametre optimizasyonu = Parameter optimization ; Reaktivasyon = Reactivation ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy ; İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines ; İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
İçten yanmalı motorlar arasında, reaktivite kontrollü sıkıştırma ateşlemeli (RCCI) motorlar, oldukça yeni bir yöntemdir. Bu motorlar, yüksek verimi ve düşük emisyon değerleriyle ümit vaat etmektedir. RCCI motorlarda emme hattına ve silindir içine enjekte edilen farklı reaktivite dereceli yakıtlarla yanma kontrol altına alınabilmektedir. Böylelikle motor verimi ve performans olarak oldukça iyi sonuçlar elde edilmektedir. Bu çalışmada, biyogaz yakıtlı reaktivite kontrollü sıkıştırma ateşlemeli bir motorun bir boyutlu modellemesi yapılmıştır. Oluşturulan motorun gerçekçiliği, deneysel validasyon çalışmalarıyla doğrulanmıştır. Buna göre, kurulan gerçekçi bir boyutlu modelle, biyogazın lambda sayısı, motor devir sayısı, sıkıştırma oranı, emme basıncı, enjeksiyon zamanlamasının motor performansına etkileri değerlendirilmiştir. Yenilenebilir bir kaynak olarak biyogazın, bir motorda yakıt olarak kullanılma potansiyeli incelenmiştir. Ayrıca, biyogaz yakıtlı motorun emme ve egzoz supap zamanlamaları, RCCI stratejisine göre minimum özgül yakıt tüketimi (ÖYT) elde etmek üzere, genetik algoritma kullanılarak optimize edilmiştir. Yapılan parametrik ve optimizasyon çalışmalarına göre, optimum motor çalışma parametreleri belirlenmiştir. Optimum değerlere göre motor güç ve tork değeri %15,1 oranında artarken, ÖYT değeri ise %11,3 oranında azalmıştır.

Abstract:
Reactivity controlled compression ignition (RCCI) engines are a relatively new and promising method with high efficiency and low emission values. In RCCI engines, the combustion inside the cylinder is controlled with different reactivation degree fuels that are injected into the intake and into the cylinder. Thus, high performance and low exhaust emission are obtained with this strategy. In this study, biogas fueled RCCI engine was modeled using one-dimensional code. The engine model was validated by experimental data. The influence of biogas injection into the intake as a low reactivity fuel was evaluated with diesel as a high reactivity fuel. Accordingly, the effects of lambda, engine speed, compression ratio, intake pressure, injection timing of the RCCI engine were investigated on combustion and engine performance. The potential of biogas usage in an engine as a renewable resource has been examined. The intake and exhaust valve timings were optimized using a genetic algorithm to achieve minimum brake specific fuel consumption (BSFC). According to the parametric and optimization studies, optimum engine operating parameters were determined. The engine power and torque were increased by 15,1%, while the BSFC decreased by 11,3% with the engine optimum parameters.