Buji ateşlemeli metanla çalışan bir motorda türbülansın alev gelişimine etkisinin incelenmesi
Investigation of effect of turbulance on flame development in a methane fuelled spark ignition engine
Yazar: HASAN BASRİ SANDAL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. DİNÇER BURAN
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Buji = Spark plug ; Buji ateşlemeli motorlar = Spark ignition engines ; Yanma = Combustion

Özet:
Bu çalışmada, farklı motor çalışma koşulları altında, silindir içerisindeki türbülansın alev gelişimine ve motor performansına etkisinin araştırılması amaçlanmıştır. Çalışmada tek silindirli, buji ateşlemeli, metanla çalışan optik silindir kafasına sahip bir motordan, düzlemsel ışık tabakası tekniği uygulanarak çekilmiş metan alev fotoğrafları kullanılmıştır. Görüntü işleme teknikleri kullanılarak, metan alev fotoğraflarına ait alev konturları elde edilmiştir. Alev kontur verilerine spektral analiz metodu uygulanarak, alev yüzeyindeki kıvrımlığın matematiksel çözümlemesi yapılmıştır. Yapılan analizler neticesine aleve ait toplam uzunluk ölçeği, alev fırça kalınlığı ve ortalama alev yarıçapı ölçülmüştür. Ayrıca görüntülerle eş zamanlı olarak ölçülmüş basınç verilerinden, indike ortalama efektif basınç ve yanmış kütle oranı değerleri hesaplanmıştır. Elde edilen türbülans parametreleri ve basınca bağlı parametreler, iki farklı emme portu bağlantı açısı (0o ve 400 swirl), iki farklı buji konumu (merkezden ve orta radyüsten ateşleme) ve iki farklı karışım oranı (stokiyometrik (?=1.0) ve fakir karışım (?=0.8)) için krank açısına bağlı olarak karşılaştırılmıştır.Elde edilen sonuçlar, silindir içerisinde oluşturulan swirl'ün, silindirdeki akışkanın türbülans şiddetini artırdığı dolayısıyla alev fırça kalınlığını da artırarak yanmayı hızlandırdığını göstermiştir. Sonuçlar; ayrıca silindir içerisinde ortaya çıkan eddylerin yapıları (şiddetleri ve büyüklükleri) ve bujiye göre konumlarının yanma süreçleri açısından oldukça önemli olduğunu ortaya çıkarmıştır.Anahtar Kelimeler: Alev fırça kalınlığı, Buji konumu, Motor, Swirl, Toplam uzunluk ölçeği, Türbülans, Yanma

Abstract:
In this study, it is aimed to investigate the effects of in-cylinder turbulence on flame development and engine performance under various engine running conditions. In the study, the methane flame images captured from an optically accessed spark ignition engine fuelled with methane applying a laser sheet mie scattering method were used. Flame contours were extracted from methane flame images using image processing technique. A mathematical treatment of the wrinkles of flame surfaces have been made by applying the spectral analysis method to the co-ordinates of the flame contours. As a result of analysis made the integral length scale, turbulent flame brush thickness and mean flame radius have been measured. In addition, indicated mean effective pressure and mass fraction burn values were calculated from the pressure data captured simultaneously with flame images. Turbulent and pressure related parameters found for the engine running conditions of two different inlet port angle (0o and 40o swirl), two different spark plug locations (central and mid-radius ignition) and two different equivalence ratios (stoichiometric (?=1.0) and lean (?=0.8)) were compared as a function of crank angle.Findings have shown that the swirl created in the cylinder increases the turbulence intensity of the fluid, hence the turbulent flame brush thickness resulting an increase in combustion speed. The results also conceived that the structures (intensities and scales) of eddies appeared in the cylinder and their position according to the spark plug are quite worthy in terms of the combustion phases.Key Words: Combustion, Engine, Flame brush thickness, İntegral length scale, Spark plug location, Swirl, Turbulence