Buji ateşlemeli motorda yakıt olarak shale-gaz kullanımının teorik yanma modelinin geliştirilmesi
Development of a theoretical combustion model of shale-gas utilization as fuel in spark plug fire engine
Yazar: ŞERİFE KÖSE
Danışman: DOÇ. DR. HABİB GÜRBÜZ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Buji ateşlemeli motorlar = Spark ignition engines ; Kaya gazı = Shale gas

Özet:
Bu çalışmada, buji ateşlemeli içten yanmalı bir motorda yakıt olarak shale gaz kullanımının silindir içi yanma (indike ortalama efektif basınç, yanmış kütle oranı) ve indike motor parametreleri (indike motor gücü, indike motor torku, indike termik verim, indike özgül yakıt tüketimi) üzerine etkisi teorik olarak geliştirilen sıfır boyutlu tek bölgeli yanma modeli kullanılarak analiz edilmiştir. Çalışma kapsamında, shale gaz-1 (%86 CH4, %14 C2H6), shale gaz-2 (%81 CH4, %10 C2H6, %9 N2) ve shale gaz-3 (%58 CH4, %20 C2H6, %12 C3H8, %10 CO2) olmak üzere 3 farklı shale gaz bileşeni yakıt olarak kullanılmıştır. Teorik yanma modelinin geliştirilmesinde, tek silindirli buji ateşlemeli bir motora ait teknik özellikler ve bu motorda yakıt olarak LPG kullanılarak gerçekleştirilen deneysel çalışma şartları (hava/yakıt oranı, motor devri, gaz kelebeği açıklık oranı, emme havası giriş-çıkış sıcaklık ve basınç değerleri, yanma süresi, yanma verimi) kullanılmıştır. Çalışmada ayrıca, geliştirilen teorik yanma modeli kullanılarak buji ateşlemeli bir motorda üç farklı shale gaz bileşeninin yanında yakıt olarak LPG ve metan gazının kullanımına ait silindir içi yanma ve indike motor performans parametreleri araştırılmıştır. Son olarak, teorik yanma modelinden elde edilen sonuçlar tek silindirli buji ateşlemeli bir motorda yakıt olarak LPG kullanılarak gerçekleştirilen deneysel çalışma sonuçları ile karşılaştırılmıştır.
Çalışma sonucu elde edilen bulgulardan, geliştirilen teorik yanma modeli ile deneysel çalışma sonucu elde edilen sonuçların (silindir içi basınç ve indike ortalama efektif basınç) %1'in altında bir hata ile benzerlik gösterdiği tespit edilmiştir. Bununla birlikte, shale gaz-1 bileşeninin shale gaz-2 ve shale gaz-3 bileşenine göre daha yüksek motor performansı sunduğu, shale gaz-1 bileşenin gaz yakıtların kullanıldığı (LPG, metan) buji ateşlemeli motorlar için alternatif bir yakıt olarak kullanılabilme potansiyelinin yüksek olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, the effect of shale gas utilization as fuel in a spark ignition internal combustion engine on the in-cylinder combustion (indicated mean effective pressure, mass fraction burned ) and indicated engine parameters (indicated engine power, indicated engine torque, indicated thermal efficiency, indicated specific fuel consumption) were analyzed by using the zero dimensional single zone combustion model. With in the scope of the study, three different shale gas components, shale gas-1 (%86 CH4, %14 C2H6), shale gas-2 (%81 CH4, %10 C2H6, %9 N2) and shale gas-3 (%58 CH4, %20 C2H6, %12 C3H8, %10 CO2) were used as fuel. In the development of the theoretical combustion model, the technical characteristics of a single cylinder SI engine and it's experimentally results (A/F ratio, engine speed, throttle position, intake air temperature and pressure, combustion time, combustion efficiency) which is operated with LPG fuel. Also, the in-cylinder combustion and indicated engine performance parameters of LPG and methane gases besides three different shale gas components were investigated by using theoretical combustion model. Finally, the results obtained from the theoretical combustion model were compared with the results of experimental results of LPG fuelled single cylinder SI engine.
From findings obtained from the study result, it was found that the developed theoretical combustion model and the experimental results (in-cylinder pressure and indicated average effective pressure) to be similar to each other with error below 1%. It was found that the shale gas-1 component is provided higher engine performance than shale gas-2 and shale gas-3 components. Also, the shale gaz-1 component has a high potential to use as an alternative fuel for SI engines, where gas fuels are used (LPG, methane).