Ricardo araştırma motorunda silindir içi akış ve yanmanın Star-Cd/es-ICE yazılımı ile sayısal simülasyonu
Numerical investigation of flow and combustion in the cylinder of Ricardo research engine by Star-Cd/es-ICE software
Yazar: ENDER HEPKAYA
Danışman: PROF. DR. NURİ YÜCEL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Akışkanlar dinamiği = Fluid dynamics ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic ; Yanma = Combustion ; İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
Bu çalışmada, Ricardo E6 tipi araştırma motoru silindirinde gerçekleşen akış ve yanma olayı STAR-CD/es-ice yazılımıyla analiz edilmiştir. Öncelikli olarak detaylı bir literatür ve teori araştırması yapılmış ve kullanılacak sayısal yöntemler belirlenmiştir. Bu çalışmanın ardından, Ricardo motorunun sadece emme valfini içeren bir modelinde, emme stroğu boyunca gerçekleşen silindir içi döngüsel hareketler olan swirl (silindir ekseni etrafında oluşan dönme hareketi) ve tumble (silindir eksenine dik bir eksende gerçekleşen dönme hareketi) için simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Yine ön çalışmalar kapsamında, Ricardo E6 motorunun valf yapısının simetrik olduğu basit bir modelde hareketli sayısal ağ oluşturma çalışmaları, valf hareket diyagramlarının çıkartılması, soğuk akış ve yanma modellemesi çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmalar sırasında, CFM ve G-Equation yanma modellerinin denemesi yapılmıştır. CFM yanma modelinin oldukça yüksek basınç ve sıcaklıklar verdiği ve yanma süresinin çok kısa olduğu görülmüştür. Gerçek modele geçildiğinde, ilk olarak soğuk akış çalışması yapılmıştır. Bu analizlerin sonucu hem teorik hesaplamalarla hem de Ricardo motoruna ait deneysel basınç verileriyle uyumlu çıkmıştır. Yanma analizlerinde ise G-Equation ve ECFM-3Z modelleriyle stokiyometrik yakıt-hava karışımlı yanma analizleri yapılmıştır. Bu analizlerle ECFM-3Z modelinin daha yüksek basınç ve sıcaklıklar verdiği görülmüştür. Yakıt-hava oranının motor çalışma rejimine getirilmesiyle birlikte ECFM-3Z modeli esas yanma modeli olarak belirlenmiştir. Bu model ile sıkıştırma oranı 8.0 ve 1200 dev/dak motor hızı için ?=1.29 fakir karışımda farklı ateşleme avansları için analizler yapılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde, ateşleme avansının artışı silindir içi basınç ve sıcaklıklarda artışlara neden olmuştur. Tüm bu analizlerin sonuçları Ricardo motoruna ait deneysel verilerle de uyumlu çıkmıştır.Anahtar Kelimeler : Ricardo E6 Motoru, STAR-CD/es-ice, HAD, Silindir İçi Yanma ve Akış

Abstract:
In this study, the flow and combustion process in cylinder of Ricardo E6 type research engine were analyzed by STAR-CD/es-ice software. First of all, a detailed litetature and theory review was performed and the numerical approaches that will be used, were specified. After these preparations, the simulations for in-cylinder air motion during intake stroke named swirl and tumble were performed in a Ricardo Engine model that has only intake port. In scope of pre-studies, in a simplified Ricardo Engine model of which valves located symmetrically, dynamic mesh generation studies, valve motion diagram creation, in-cylinder cold flow and combustion modelling studies were done. During these simulations, CFM and G-Equation combustion models were tested. In pre-studies, it?s shown that CFM model gives higher pressure and temperature values and reaction rate was too short. In real model simulations, a cold flow analyze was performed firstly. The results of cold flow simulation were in good agreement with the theoritical calculations and experimental pressure datas of Ricardo Engine. For the first combustion analyzes, G-Equation and ECFM-3Z models were used with stochiometric fuel-air mixture. In these analyzes, ECFM-3Z combustion model gave more higher pressure and temperature results. ECFM-3Z combustion model was selected as main model with the actual fuel-air mixture fraction of the engine. For the ?=1.29 lean mixture fractions, ignition advences, simulations were performed with this model at compression ratio 8.0 and 1200 rpm engine speed. In conclusion, increasing ignition advence increased in-cylinder pressure and temperatures. All these results were in good agreement with the experimental data of Ricardo Engine.Key Words : Ricardo E6 Engine, STAR-CD/es-ice, CFD, In-Cylinder Combustion and Flow