Bir CAI motor uygulamasının sayısal analizi
Numerical analysis of a CAI engine application
Yazar: MELİH YILDIZ
Danışman: PROF. DR. SELAHADDİN ORHAN AKANSU
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, dört zamanlı içten yanmalı(IC) bir motorda, farklı egzoz gazı resirkülasyon(EGR) oranları ve hava fazlalık katsayılarının() CAI uygulamasına etkisi sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal çalışmalar, iki boyutlu olarak Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) Fluent programı kullanılarak yapılmıştır. Türbülans modeli için k- RNG türbülans modeli , reaksiyonlar için hacimsel ve EDC finite rate modeli  kullanılmıştır.
Yakıt olarak metanın kullanıldığı bu çalışmada, sıkıştırma oranı 10:1 ve 2000 dev/dak motor hızında, EGR oranı, % 40,  % 45,  % 50 ve % 55 ve hava fazlalık katsayısı () 1, 1.1, 1.2, 1.3, değerleri için emme valfi kapanma anında silindir içi ortalama sıcaklığın 605 K olması koşulunda, silindir içi sıcaklık, basınç, ısıl yayılımı, ısıl verim, özgül yakıt tüketimi, yanma süresi ve emisyon karekteristikleri incelenmiştir. Ayrıca bu sayısal çalışmada, belli miktarda egzoz gazlarını silindir içinde tutmak için negatif valf bindirme stratejisinin, pompalama işindeki artış miktarı da belirlenmiştir.
Sayısal çalışmadan elde edilen sonuçlar, EGR oranın artması silindir içi ortalama sıcaklığı, basıncı, ısıl verimi, özgül NOx emisyonunu azaltırken, özgül yakıt tüketimini, yanma süresini ve özgül CO emisyonunu arttırdığını göstermiştir. Hava fazlalık katsayısının artması durumunda, özgül CO emisyonunda,  = 1.2ye kadar azalma olduğu fakat   = 1.3? de özgül CO emisyonunda artış olduğu belirlenmiştir.
Bu çalışmada ayrıca, kullanılan negatif valf bindirme stratejisinin, pompalama işini     % 4?4.5 oranında artırdığı belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: CAI, HCCI, içten yanmalı motorlar, metan, yanma

Abstract:
The study in this thesis, effects of different exhaust gas recirculation rate(EGR) and excess air ratio(?) on CAI application in a internal combustion(IC) engine, four-stroke, was numerically investigated. Numerical studies, two dimensional, were performed by using CFD-Fluent program. k-? RNG turbulence model for turbulence, volumetric reaction with EDC finite rate model for reaction were modeled.
In this study, methane used as fuel, Cylinder temperature, pressure, efficiency, specific fuel consumption, combustion duration, heat release rate and emmission characteristics for EGR rate ; % 40 , % 45, % 50, % 55 and excess air ratio(?); 1, 1.1, 1.2, 1.3 was investigated in the case of 10:1 compression ratio, 2000 rpm engine speed and        mean temperature of in-cylinder at intake valve closing(IVC) timing. The amount of increase in pumping work because of negatif valve overlap(NVO) strategy to trap a certain amount of exhaust gas in cylinder was also determined in this study.
The results from this study show that by increasing EGR rate, in cylinder temperature, pressure, thermal efficiency and specific NOx emmission decreased, while specific fuel consumption, combustion duration and specific CO emission increased. It was also determined that in the event of increase in excess air ratio(?), to 1.2  specific CO emmission decreased but,  it increased at 1.3value of excess air ratio.
It was also determined that Negative valve overlap strategy used in this study gave rise to % 4 ÷ % 4.5 increase in the pumping work.

Keywords: CAI, HCCI, internal combustion engine, methane, combustion