Emme manifoldu tasarımı ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile incelenmesi
Intake manifold design and computational fluid daynamics analysis
Yazar: CİHANGİR KAPLAN
Danışman: PROF. DR. HASAN AYDOĞAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Günümüzde motorların verimini artırmak için birçok çalışma yapılmaktadır. İçten yanmalı motorlar birden fazla parçadan oluşmaktadır. Bu nedenle motor verimi bu parçalarla etkileşim halinde olmaktadır. Motorun verimini etkileyen en önemli faktörlerden birisi de silindir içerisine alınacak hava miktarıdır. Emme manifoldu silindir içerisine alınacak havanın veya taze karışımının silindirlere eşit bir şekilde dağıtılmasını sağlamaktadır. Bu nedenle emme manifoldu geometrileri içten yanmalı motorlarda çok önemli bir yere sahiptir. Silindirlere gönderilecek olan hava akışını izlemek için bazı yöntemler kullanılmaktadır. Eski yöntemlerde farklı emme manifold geometrilerine sahip prototip ürünler üretilmektedir. Üretilen emme manifoldlarına testler gerçekleştirilmektedir. Bu geleneksel yöntem günümüzde zaman ve maliyet açısından uygun görülmemektedir. Diğer bir yöntem ise hesaplamalı akışkanlar dinamiğidir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği hem emme manifoldu tasarım süreçlerinde hem de optimizasyon için geleneksel yöntemlerden zaman ve maliyet açısından kazanç sağlamaktadır. Bu çalışmada altı silindirli motor için emme manifoldu tasarımları gerçekleştirilmiştir. Çalışmada tasarımları gerçekleştirmek için SolidWorks Premium programı kullanılmıştır. Literatür çalışmaları incelendiğinde emme manifold ile ilgili birçok çalışma görülmüştür. Bu yapılan çalışmalara istinaden farklı hava giriş port tasarımları gerçekleştirilmiştir. Tasarımları gerçekleştirilen emme manifoldları için hesaplamalı akışkan yöntemi kullanılmıştır. Dört farklı tasarımları yapılan emme manifoldları için Ansys Fluent 2019R3 programı ile analizler gerçekleştirilmiştir. Bu analizler sonucunda emme manifoldların çıkış hızları incelenmiştir. İlk tasarım için farklı ağ yapılarında analizler gerçekleştirilmiştir. İlk model analiz sonuçları incelendiğinde emme manifold çıkış hızlarında farklılıklar ve değerlerde yakınsama problemleri yaşanmıştır. Literatürde uygulanan yöntemlerden biri olan hava giriş port ve manifold boruları uzatılarak tasarımlar yeniden yapılmıştır. Ön tasarım ile dört farklı giriş port tasarımları yapılan emme manifoldların çıkış hızları incelenmiştir. Emme manifold analizleri incelendiğinde keskin köşe ve boğumlu yapılar manifold içerisinde ani hız düşüşlerini meydana getirmiştir. Bununla birlikte emme manifold çıkışlarında yüksek basınç değerleri elde edilmiştir. Tasarımları yapılan emme manifoldların çıkış hızları incelenerek en uygun tasarım belirlenmiştir.

Abstract:
Nowadays, many studies are carried out to increase the efficiency of engines. Internal combustion engines consist of more than one part. Therefore, engine efficiency interacts with these parts. One of the most important factors affecting the efficiency of the engine is the amount of air to be taken into the cylinder. The intake manifold ensures that the air or fresh mixture to be taken into the cylinder is evenly distributed to the cylinders. Therefore, intake manifold geometries have a very important place in internal combustion engines. Some methods are used to monitor the air flow to be sent to the cylinders. Prototype products with different intake manifold geometries are produced in old methods. Tests are carried out on the produced intake manifolds. This traditional method is not considered appropriate in terms of time and cost today. Another method is computational fluid dynamics. Computational fluid dynamics provides time and cost savings over traditional methods for both intake manifold design processes and optimization. In this study, intake manifold designs for a six-cylinder engine were carried out. SolidWorks Premium program was used to realize the designs in the study. When the literature studies are examined, many studies related to the intake manifold have been seen. Based on these studies, different air inlet port designs have been realized. The computational fluid method was used for the designed intake manifolds. Analyzes were carried out with the Ansys Fluent 2019R3 program for the intake manifolds with four different designs. As a result of these analyses, the outlet velocities of the intake manifolds were investigated. For the first design, analyzes were carried out on different network structures. When the first model analysis results were examined, differences in intake manifold outlet velocities and convergence problems were encountered. Air inlet port and manifold pipes, which is one of the methods applied in the literature, were extended and the designs were reconstructed. Outlet velocities of intake manifolds, of which four different inlet port designs were made with the preliminary design, were examined. When the intake manifold analyzes are examined, sharp corners and knotty structures have caused sudden velocity drops in the manifold. However, high pressure values were obtained at the intake manifold outlets. The most suitable design was determined by examining the outlet velocities of the designed intake manifolds.