Rıcardo araştırma motorunda silindir içi yanmanın ve emisyon oluşumunun deneysel olarak incelenmesi ve sayısal simülasyonu
Experimental investigation and numerical simulation of in cylinder combustion and emission formation on ricardo research engine
Yazar: SALİH KARAASLAN
Danışman: PROF. DR. NURİ YÜCEL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Makine mühendisliği = Mechanical engineering

Özet:
Bu çalışmada, motor silindirinde meydana gelen yanma olayı deneysel ve sayısal tekniklerle analiz edilmiştir. Tez kapsamında gerçekleştirilen tüm deneysel ve sayısal uygulamalarda tek silindirli Ricardo E6 araştırma motoru kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar kapsamında, performans ve egzoz emisyon deneyleri, silindir-içi gaz analizleri ve basınç ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Silindir-içi gaz numuneleri gaz kromotografi (GC) ve Capelac gaz analiz cihazları kullanılarak analiz edilmiştir. Gerçekleştirilen analizlerde GC-FID ve GC-TCD detektörleri kullanılarak silindir-içinde yanma stroğu boyunca HC bileşenlerinin parçalanma eğilimleri ve CO oluşumları deneysel olarak irdelenmiştir. Deneysel faaliyetlerin son bölümünde ise motor için enerji ve ekserji analizleri gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında gerçekleştirilen sayısal simülasyonlar STAR-CD/es-ice yazılımı kullanılarak yapılmıştır. Oluşturulan sayısal modelde k- RNG türbülans modeli ve ECFM, ECFM-3Z/spark ve G-Equation yanma modelleri kullanılmıştır. Simülasyonlar sonucunda elde edilen silindir-içi yakıt konsantrasyonu, sıcaklık değişimleri ve basınç değerleri irdelenmiştir. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde, sıkıştırma oranı ve ateşleme avansının yanmayı olumlu yönde etkilediği görülmektedir. Sıkıştırma oranının ve ateşleme avansının artırılması ile silindir-içi basınç artmakta ve yanmamış HC (ppm) bileşenlerinde azalma meydana gelmektedir. Özellikle yüksek karbon sayısına sahip HC (ppm) bileşenlerinin parçalanma eğilimlerinde artış gözlenmektedir. Bu durum egzoz stroğunda motordan atılan toplam HC mertebelerini azaltmakta, eksik yanma ürünü olan CO (%) oluşumunu minimize etmektedir. Ekserji analizi sonuçları incelendiğinde, sistemde meydana gelen ekserji yıkımının büyük bir bölümünü yanma prosesindeki tersinmezliklerin oluşturduğu düşünülmektedir. Sıkıştırma oranının artırılmasının ekserji verimini artıran bir unsur olduğu görülmüştür. Sayısal analizler neticesinde, silindir-içi basınç ölçüm değerleri ile en uyumlu sonuçları G-equation yanma modelinin verdiği görülmektedir. Ön karışımlı, buji ateşlemeli bir motor silindirinde meydana gelen yanma için alev cephesi kalınlığı ve alev ilerleyişi için beklenen fiziksel gerçeği G-equation yanma modelinin daha iyi temsil ettiği görülmüştür.


Bilim Kodu	:	914.1.038
Anahtar Kelimeler	:	İçten yanmalı motor, gaz kromotografi analizi, silindir içi yanma ve akış modellemesi, star CD es-ice, G-Equation yanma modeli 
Sayfa Adedi	:	194
Tez Yöneticisi	:	Prof. Dr. Nuri YÜCEL

Abstract:
In this study, combustion in an engine cylinder was analyzed by both experimental and numerical techniques. A single cylinder Ricardo E6 research engine was used in all experimental and numerical applications in this thesis coverage. Experimental studies include performance and exhaust emissions experiments, in-cylinder gas analyses, and pressure measurements. In-cylinder gas samples analyzed by using gas chromatography (GC) technology and Capelec gas analysis apparatus. Analyses conducted using GC-FID and GC-TCD detectors in-cylinder HC compounds break-up tendency and CO formation during combustion stroke. In the last part of experimental studies energy and exergy analyses were done. STAR-CD/es-ice software was used in carrying out computational simulations in this thesis concept. k- RNG turbulence model, and ECFM, ECFM-3Z/spark and G-Equation combustion models were used on computational model. Results of simulations were obtained as in-cylinder fuel concentration, temperature variation, and pressure variation. It was seen that the compression ratio and the spark (ignition) timing affect positively. Increasing the compression ratio and ignition advance timing, increases in-cylinder pressure and reducing unburned HC (ppm) compounds. Especially, it was observed that there is an increase in high carbon included HC (ppm) compounds break up tendencies. This situation reduces the order of total HC exhausted from engine, minimize incomplete combustion product of CO (%) production. When the results of exergy analysis were investigated, it was thought that large portion of exergy destruction of the system due to irreversibilities during the combustion process. It was seen that increasing compression ratio was a factor for increasing exergy efficiency. According to the results of computational analyses, it is seen that G-equation model is in good agreement with in-cylinder pressure measurement values. It is seen that G-equation combustion represents better for expected flame front and flame propagation for premixed combustion in a spark ignition engine cylinder.



Science Code	:	914.1.038
Key Words	:	Internal combustion engine, gas chromatography analyses, in-cylinder combustion and flow modelling, star-CD/es-ice, G_Equation combustion model
Page Number	:	194
Supervisor	:	Prof. Dr. Nuri YÜCEL