Buji ateşlemeli motor silindirinde akışın ve yanmanın sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of flow and combustion in a spark ignition engine cylinder
Yazar: NUREDDİN DİNLER
Danışman: PROF.DR. NURİ YÜCEL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
BUJİ ATEŞLEMELİ MOTOR SİLİNDİRİNDE AKIŞIN VE YANMANINSAYISAL OLARAK İNCELENMESİ(Doktora Tezi)Nureddin DİNLERGAZİ ÜNİVERSİTESİFEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜEylül 2006ÖZETİçten yanmalı motorlarda silindir içerisinde akış ve yanma üzerinde en çokçalışma yapılan konulardan birisidir. Bu çalışmada, buji ateşlemeli bir motorunsilindiri içerisindeki akışkan hareketi ve yanma sayısal olarak incelenmiştir. Buamaç için bir sayısal akışkanlar dinamiği programı geliştirilmiştir. Türbülanslıakış için k-Îµ türbülans modeli kullanılmıştır. Bilgisayar programı kademeliolarak geliştirilmiştir. Boru içerisinde laminer ve türbülanslı akış, boru içerisineeklenen kanatçıkların akışa ve ısı transferine etkisi incelenmiştir. Yeni birdüşük-Reynolds sayısı türbülans modeli geliştirilmiştir. Ani genişlemeli boruiçerisinde akış incelenmiş; piston hareketi koordinat dönüşümü yapılaraksağlandıktan sonra akışkan hareketi incelenmiştir. Daha sonra ise yanmamodeli programa eklenmiştir. Laminer akışta Arrhenius tipi eşitliklerkullanılırken, türbülanslı akışta eddy break-up modeli kullanılmıştır.Sonuçlarda laminer ve türbülanslı akışlar incelenirken devir sayısı, sıkıştırmaoranının etkisi, subap açısının etkisi, yanma incelenirken hava fazlalıkkatsayısının etkisi incelenmiştir. Sıkıştırma oranı arttıkça silindir içerisindeoluşan döngülerin şiddetleri artmaktadır. Hava-yakıt karışımı silindir içerisineyataya yakın olarak silindir içerisine girdiğinde akışkan silindir içerisinde dahayüksek hızlar oluşmaktadır. Bu nedenlede karışımın homojenliği artmaktadır.Yanma süresini etkileyen parametrelerden birisi de hava fazlalık katsayısıdır.Hava fazlalık katsayısı arttıkça yanma sıcaklığı azalmakta ve yanma süresiuzamaktadır.Ayrıca laminer ve türbülanslı akış için çevrim genel olarak incelenmiştir.Silindir içi basıncın krank mili açısı ve silindir hacmine bağlı olarak değişimigrafiği (indikatör diyagramı), krank mili açısına bağlı olarak yakıt kütle oranı,ürün kütle oranı ve yanmış yakıt oranı ve silindir içi ortalama sıcaklık değişimide verilmiştir.Bilim Kodu : 914.1.038Anahtar Kelimeler : İçten yanmalı motor, akış modellemesi,yanma modellemesi , k-Îµ türbülans modeliSayfa Adedi : 323Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Nuri YÜCEL

Abstract:
NUMERICAL INVESTIGATION OF FLOW AND COMBUSTION IN ASPARK IGNITION ENGINE CYLINDER(Ph.D. Dissertation)Nureddin DİNLERGAZİ UNIVERSITYINSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGYSeptember 2006ABSTRACTIn-cylinder flow and combustion are important subjects on internal combustionengines. In this study, fluid flow and combustion in a spark ignition engine werenumerically investigated. For this purpose a computational fluid dynamics codewas developed. For turbulent flows, k-Îµ turbulence model was used. Thecomputer code was developed step by step. First, laminar and turbulent flows ina pipe were investigated. Next, flow in pipes with fins attached on internal facewas considered. Effects of fins on fluid flow and heat transfer were investigated.A low-Reynolds number turbulence model was developed. Using the codedeveloped sudden expansion flow was investigated. After coordinatetransformation, piston motion was given, and then motion of fluid in cylinderinvestigated. Finally, combustion models added to the code. Arrhenius typeequations were used for laminar conditions combustion, eddy break-up modelwas used for turbulent combustion.In results, effects of engine speed, compression ratio, valve angle on flowmotion, and effect of excess air ratio on combustion in laminar and turbulentflow conditions were analyzed. Increasing compression ratio, magnitude ofvortices in the cylinder increases with increasing compression ratio. When fuel-air mixture enters the cylinder nearly horizontal, higher velocities occurred inthe cylinder. For this reason, homogenity of mixture increases. One of theparameters that effect combustion duration is excess air ratio. Increasing excessair ratio, decreases the combustion temperature and increases combustionduration time.For laminar and turbulent flow conditions all over the cycle was investigated.Graphs of in-cylinder pressure vs. crank angle, in-cylinder pressure vs. cylindervolume, change of mass fraction ratio, combustion products fraction ratio,burned mass fraction ratio and in-cylinder mean temperature vs. crank anglewere also given.Science Code : 914.1.038Key Words : internal combustion engine, flow modeling,combustion modeling, k-Îµ turbulence modelPage Number : 323Adviser : Prof. Dr .Nuri YÜCEL