Büyük silindir hacimli dizel motorlarda silindir içindeki girdap tipi hava hareketlerinin incelenmesi ve ölçüm metotlarının karşılaştırılması
Investigation of vortex type air movements in cylinder in large displacement diesel engines and comparison of measurement methods
Yazar: BURAK YELKEN
Danışman: PROF. DR. ZAFER DÜLGER ; DR. İSMAİL HAKKI SAVCI
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Dizel motorlar, son yıllarda kamyon ve otobüs gibi ağır ticari araç uygulamaları için ana güç kaynağı olmuştur. Genellikle, benzer motor hacmine sahip dizel motorlar ve benzinli motorlar kıyaslandığında, dizel motorların daha fazla yakıt ekonomisi, yüksek dayanıklılık ve tork sağlamakta olduğu görülmektedir. Ancak dizel motorlarda yanma odası içerisindeki yakıt ve hava homojen olarak karışmış durumda değildir. Basınç altında püskürtülen yakıt, yüksek basınç ve sıcaklıktaki hava içinde çok küçük taneciklere ayrılarak atomize olur. Silindir içindeki yakıt hava hareketlerinin yanma performans ve emisyon çıktıları üzerindeki etkisi büyüktür. Son yıllarda gelişen teknoloji ile birlikte motor hava giriş portu tasarımını geliştirmek için motor yanma odasındaki girdap hareketinin özelliklerini belirlemek mümkün olabilmektedir. Bu çalışma kapsamında, Motor-A ve Motor-B kullanılarak port testleri gerçekleştirilmiş ve farklı supap açıklıkları için girdap oranları belirlenmiştir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği analiz yöntemi ile her iki motor geometrisi kullanılarak simülasyonlar gerçekleştirilmiş ve port test sonuçları teyit edilmiştir. Gelişen kamera ve lazer teknolojileri ile birlikte girdap oranı belirleme tekniklerinden biri olarak geliştirilen PGHÖ (parçacık görüntülemeli hız ölçümü) metodu kullanılarak silindir hacmi temel alınarak Motor-A ve Motor-B üzerinde testler gerçekleştirilmiştir. Testler hem 2D (2 boyutlu), hemde 3D (3 boyutlu, Stereo) düzenekler kullanılarak yapılmıştır. Her iki motor üzerinde yapılan 2D ve 3D ölçümlerin belirsizlik analizleri yapılarak ölçümlerin güvenilirlik oranları belirlenmiştir. Testler sonucunda iki farklı motorun girdap ve akış özellikleri HAD analizi sonuçları ile karşılaştırılmış ve iki farklı ölçüm yönteminin (2D ve Stereo PGHÖ) sonuçları değerlendirilmiştir. Bu tez çalışmasında, port ölçümü için iki farklı akış görselleştirme yöntemi sunulmakta ve tartışılmaktadır. Bu yöntemlerin değerlendirilmesi yapılmaktadır. Tork ölçüm teknikleri ve HAD simülasyon sonuçları testlerin sonuçlarını doğrulamaktadır.

Abstract:
Diesel engines have been the main power source for heavy vehicle applications such as trucks and buses in recent years. Generally, diesel engines with similar engine size and gasoline engines are compared, it is seen that diesel engines provide more fuel economy, high durability and torque. However, fuel and air inside the combustion chamber are not homogeneously mixed in diesel engines. Fuel sprayed under pressure is atomized by breaking into tiny particles in the air at high pressure and temperature. The effects of fuel-air movements in the cylinder on engine performance and emission outputs are great. With the developing technology in recent years, it is possible to determine the characteristics of the swirl movement in the engine combustion chamber to develop the engine air intake port design. Within the scope of this study, port tests were carried out using Engine-A and Engine-B and eddy ratios were determined for different valve openings. Simulations were performed using both engine geometries with computational fluid dynamics analysis method, and port test results were confirmed. Tests were carried out on Engine-A and Engine-B based on the cylinder volume by using the PIV (particle imaging velocity measurement) method, which was developed as one of the swirl rate determination techniques with the developing camera and laser technologies.These tests were performed using both 2D PIV and 3D PIV. The uncertainty analysis determined the reliability ratio of the measurement. As a result of the tests, the vortex and flow properties of two different engines were compared with the CFD analysis results and the results of two different measurement methods (2D and Stereo PIV) were evaluated. In this study, two different flow visualization methods for port measurement are presented and discussed. The assessment of these methods is demonstrated. Torque measurement techniques and CFD simulations verifies the results of the tests.