Dört zamanlı bir dizel jeneratörün matematik modellemesi
Mathematical modelling of four stroke diesel generator
Yazar: DİDEM GÜLŞEN KAYIŞOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYKUT SAFA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering
Dizin: Matematiksel modelleme = Mathematical modelling

Özet:
Sanayileşme süreci, geçmişten günümüze kadar ekonomik kalkınmanın en önemli parametrelerinden biri olmakla birlikte, bilgi ve teknolojinin sürekli gelişmesine olanak veren en temel parametrelerden biridir. Dünya geçmişten günümüze kadar geçen yıllarda sanayileşme sürecinde gerçekleşen köklü değişimlerden ötürü teknolojik gelişimlerin de artışı ivme kazanmıştır. Dolayısı ile sanayi yönünden gelişmiş ülkelerin ekonomik mukayeselerinin üstünlüğünün ölçümü artık teknolojik yapıların gelişmine bakılarak yapılmaktadır.
Bu tezde incelemesi yapılan içten yanmalı motorlar; geçmişten günümüze icat edilmiş en önemli buluşların arasında sayılmaktadır. İçten yanmalı motorlar günümüzde deniz, kara ve demiryolu taşımacılığında ve sanayi sektöründe sıklıkla kullanılmakta olup mühendislik yönünden de oldukça karmaşık parametreler içermektedir. 
Örneğin; geminin sevki sırasında ana makine, jeneratör veya makine dairesinde meydana gelebilecek önemli bir arıza sonucu operasyonun aksaması veya durması ile sonuçlanabilecek arızaların azaltılabilmesi için ilk olarak makine dairesi içerisindeki en önemli elemanlar olan ana makine ve jeneratörlerin uygun koşullarda çalıştırılması ve korunması gerekir. Operasyon sırasında ana makine ve jeneratör ile birlikte çalışan; T/C türbin, T/C kompresör, yağlama ve soğutma sistemleri gibi sistem bileşenleri, mevcuttur. Bu sistemlerde veya bileşenlerinde oluşabilecek problemler geminin sevkine direk olarak etki etmektedir.
Bu tez çalışması dört zamanlı bir dizel motorun matematik modellemesi; T/C kompresörün oluşturduğu hava dolgusu ile hava girişinden itibaren, T/C türbine egzoz gazlarının türbin çarkları arasından çıkışına kadar olan sürecin modellenmesini kapsamaktadır. Hesaplamarın yapılabilmesi için silindir gazlarının ideal gaz kanunlarına uyduğu, kaçakların veya geri akışların olmadığı gibi kabuller yapılmıştır. Kütle ve enerjinin korunumu ilkesine dayanarak hava silindir içerisine alındıktan sonra püskürtülen yakıtın barındırdığı kimyasal enerjinin silindir gazları (hava, yakıt, yanmış gaz) üzerindeki sıcaklık ve basınç değişimleri tek bölgeli termodinamik model ve Wiebe Yanma Oranları Fonksiyonu kullanılarak modelleme kurgusu oluşturulmuştur. T/C kompresör, skavenç manifoldu, emme valfi, silindir içi prosesleri (sıkıştırma, püskürtme, tutuşma gecikmesi, yanma, genleşme egzoz, dolgu değişimi), egzoz manifoldu, T/C türbini ayrı birer alt sistem olarak düşünülerek modellenmiştir. Tüm bu sistemlerin ve bileşenlerinin birlikte çalışması krank açısı değişimine bağlı olarak dinamik bir şekilde modellenmiştir. 
Modelleme, excel üzerinde oluşturulmuş ve kontrol edilmiştir. Durum belirleyici olarak krank açısı referans alınmış, krank açısının değişimi durumlar arasında geçişi sağlayarak içerisinde bulunan modellerin birbirilerine veri aktarması ile tüm sistemin ve alt sistemlerin birlikte çalışması sağlanmıştır. 
Modellemeyi oluşturulan dizel motor; YANMAR 6EY22ALW Tipi 6 silindirli dört zamanlı bir dizel motordur. Silindir çapı, strok uzunluğu, emme valflerinin açılma zamanı, biyel kolu uzunluğu gibi sabit parametreler makine teknik kataloğundan alınmıştır. Değişken durumlardaki T/C kompresör ve skavenç manifoldu basınç değerleri, maksimum basınç oluşma zamanı, T/C türbin bilgileri, devir sayısı ve yakıt tüketimi gibi değerler ise makinenin değişken durumlardaki test verileri alınarak elde edilmiştir. Oluşturulan modelin farklı yüklerde çalıştırılması ile silindir içerisindeki basınç ve sıcaklık değerlerinin değişimi, egzoz manifoldu basınç ve sıcaklık değerleri, T/C Türbini tarafından üretilen güç, skavenç manifoldu basıncı ve krankşafta aktarılan güç miktarı hesaplanmıştır. Makine operasyonu sırasında makineye verilen yakıt miktarının değiştirilmesi ile ana makinede meydana gelen değişimlerin izlenebileceği bir çalışma gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
The industrialization process is one of the most basic parameters that allows the continuous development of information and technology, with one of the most important parameters of economic development from the past to the present day. The increase in technological developments has gained momentum due to radical changes in the industrialization process from the world past to the present day. Hence, the measurement of the superiority of economic comparisons of developed countries in terms of industry is now based on the development of technological structures.
The internal combustion engines examined in this thesis are; among the most important inventions that have been invented from the past to the present day. Internal combustion engines are frequently used in maritime, sea and railway transport and in the industrial sector, and also contain very complex parameters from engineering point of view.
For example; the most important equipments in the engine room must be firstly operated and maintained under proper conditions so that failures that may result in the failure or failure of a significant breakdown operation that may occur during the dispatch of ship may occur in the main engine, generator or engine room. Working with main engine and generator during operation; System components such as T / C turbine, T / C compressor, lubrication and cooling systems, etc. are available. The problems that may occur in these systems or components directly affect the dispatch of the ship.
This thesis is a mathematical model of a four-stroke diesel engine; It involves modeling the process from T / C compressor exhaust air through the air inlet to the outet of T / C turbine exhaust gases from turbine wheels. In order to be able to carry out calculations, it is assumed that the cylinder gases fit the ideal gas law and there are no leaks or backflows. Based on the principle of conservation of mass and energy, the modeling concept was created by using the single-zone thermodynamic model and the Wiebe Burning Rate function on the temperature and pressure changes on the cylinder gases (air, fuel, burnt gas) of the chemical energy contained in the fuel sprayed after being taken into the air cylinder. T / C compressor, scavenge manifold, intake port, in-cylinder processes (compression, spray, ignition delay, combustion, expansion exhaust, filler change), exhaust manifold, T / C turbine are modeled as separate subsystems. The interworking of all these systems and components is modeled dynamically based on the change in crankshaft angle.
The modeling was created and controlled on excel. The crank angle is taken as a reference, the transition of the crank angle is provided and the whole system and the subsystems are operated together by transferring data to one of the models included in the system.
The diesel engine modeled; YANMAR 6EY22ALW Type is a six-cylinder four-stroke diesel engine. Constant parameters such as cylinder diameter, stroke length, suction port opening time, connecting rod length were taken from the engine technical catalog. Values such as T / C compressor and scavenger manifold pressure values, time of maximum pressure build up, T / C turbine information, number of revolutions and fuel consumption in variable states are obtained by taking the test data of the variable state of the engine. Variation of pressure and temperature values in cylinder, pressure and temperature values of exhaust manifold, power generated by T / C Turbine, power of scavenger manifold pressure and crankshaft power were calculated by operating the created model at different loads. A change in the amount of fuel supplied to the machine during the operation of the machine has led to a study in which changes to the main engine can be monitored.