HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) yöntemiyle gemi dizel motorlarında yanma analizi
Analysis of combustion in marine diesel engines using CFD (Computational Fluid Dynamics)
Yazar: KUBİLAY BAYRAMOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA NURAN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi Makineleri İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deniz Ulaştırma Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Enerji kaynaklarının azalması, fosil kaynaklı yakıtların yanması sonucu açığa çıkan zararlı gazların sera etkisine neden olması, küresel ısınma, ulusal ve uluslararası düzenlemeler ve kullanım alanlarının genişliği dizel motorlarda zararlı gazların azaltılması ve performans arttırıcı çalışmaların yapılmasını zorunlu hale getirmiştir. Dizel motorlarda performansın arttırılması ve salım miktarlarının azaltılması en temel amaçtır. Bu konuda enerji elde etmek için ya çevresel zararı daha az olan alternatif yakıtlar kullanılmalı, ya da makine geometri ve yakıt sistemlerinde değişiklik yapılması gereklidir. Bu çalışma ile modellenen tek silindirli, dört zamanlı dizel motorunun farklı püskürtme zamanlaması ve aynı miktar yakıtın püskürtülme süresinin makine performansı ve egzoz gazı salımlarına etkisi hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile incelenmiştir. Sayısal veriler, üç farklı ağ yapısı ve üç farklı kimyasal kinetik mekanizması ile ayrı ayrı yapılarak kendi içinde doğrulanırken, literatürde var olan aynı motor için yapılmış deneysel çalışmalar ile de sonuçların geçerliliği doğrulanmıştır. Çalışma sonucunda modellenen dizel makinenin standart çalışma koşulları için yanma odası hız profilleri, yakıtın kütlesel değişimi, sıcaklık, basınç ve kimyasal ısı salım miktarları belirlenmiştir. Farklı püskürtme zamanlamaları ve farklı püskürtme süreleri için dokuz farklı parametrik çalışma yapılmıştır. Her bir parametrik çalışma için güç, ortalama gösterge basınç, motor torku gibi performans parametreleri ile karbondioksit, azot oksit, yanmamış hidrokarbon miktarları gibi kimyasal bileşenlerin miktarları belirlenmiştir. Çalışma, dizel makinelerin uygun çalışma koşullarının belirlenmesinde sayısal çalışmaların deneysel çalışmalara nazaran daha az zaman ve maliyetle efektif sonuçların da elde edilebileceğini göstermektedir.

Abstract:
The reduction of energy resources, the burning of fossil fuels, the harmful effects of gases products causing greenhouse effect, global warming, the widening of national and international regulations and areas of use have made it necessary to reduce harmful gases and to improve performance of diesel engines. Increasing performance and decreasing emissions in diesel engines are the main objectives. In order to generate energy in this area, alternative fuels with less environmental impact must be used or the engine geometry and fuel systems must be modified. In this study, the different injection timing in diesel engines which has one cylinder, four strokes. and the effect of the same amount fuel of fuel injection duration on engine performance and exhaust gas emissions were investigated by Computational Fluid Dynamics (CFD) method. Numerical data were verified in three different mesh structures and three different chemical kinetic mechanisms, and the validity of the results was checked by experimental studies for the same engine technical specification in the literature. For the standard operating conditions of the diesel engine modelled in the study, the combustion chamber velocity profiles, mass change of fuel, temperature, pressure, chemical heat release rate were determined. Nine different parametric studies were performed for different injection timing and injection duration. For each parametric study, performance parameters such as power, IMEP, engine torque and quantities of chemical components such as carbon dioxide, nitrogen oxides, unburned hydrocarbons have been determined. The study shows that numerical studies can be achieved with less time and cost than with experimental studies, with appropriate working conditions of diesel engine being determined.