İki zamanlı bir gemi dizel makinesinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği temelli ekserji analizi
Exergy analysis based on computational fluid dynamics of a two-stroke marine diesel engine
Yazar: ENES FATİH PEHLİVAN
Danışman: DOÇ. DR. İSMAİL ALTIN
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Benzetim = Simulation ; Dizel motorlar = Diesel engines ; Ekserji analizi = Exergy analysis ; Gemiler = Ships ; Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Kimyasal kinetik = Chemical kinetics ; Çözüm ağı üretimi = Meshing

Özet:
Sunulan tez çalışmasında; iki zamanlı bir gemi dizel makinesi için hesaplamalı akışkanlar dinamiği esaslı sayısal bir model oluşturulmuştur. Geliştirilen sayısal model ile; ilk aşamada, iki zamanlı gemi dizel makinesinin yanma karakteristikleri incelenmiştir. İkinci ve asıl aşamada ise; sayısal modelden sağlanan veriler kullanılarak iki zamanlı gemi dizel makinesi için ayrıntılı bir ekserji analizi gerçekleştirilmiştir.
Hesaplamalı akışkanlar dinamiği esaslı geometrik model, Ansys Spaceclaim Design Modeler ile oluşturulmuştur. Modelleme işleminde, iki zamanlı gemi dizel makinesinin boyutları tam ölçekli olacak şekilde göz önüne alınmıştır. Kurulan geometrik modelin hesaplamalı akışkanlar dinamiği temelli analizi, Ansys Forte yazılımı aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Sayısal çalışmadaki yanma işleminin modellenmesinde, 36 bileşen 74 reaksiyon içeren yarı-detaylı n-tetradekan indirgenmiş kimyasal kinetik mekanizması kullanılmıştır.
Sayısal modelin doğruluğu gösterildikten sonra; üç adet toplam püskürtülen yakıt miktarı ve üç adet yakıt püskürtme zamanlaması olmak üzere, toplam altı farklı durum için parametrik çalışmalar yapılmıştır. Elde edilen bulgular incelendiğinde, birinci ve ikinci yasa verimlerinin en yüksek değerlerinin; sırasıyla yaklaşık %51.1 ve %43.15 şeklinde olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In the presented thesis; a numerical model based on computational fluid dynamics is established for a two-stroke marine diesel engine. In the first stage, combustion characteristics of the two-stroke marine diesel engine with the developed numerical model. In the second and main stage; an exergy analysis was carried out for the two-stroke marine diesel engine using the data obtained from the numerical model in detail.
Geometrical model based on computational fluid dynamics was established with Ansys Spaceclaim Design Modeler. The dimensions of the two-stroke marine diesel engine are considered to be full scale in the modeling process. Computational fluid dynamicsbased analysis of the established geometric model was carried out using Ansys Forte software. The semi-detailed reduced chemical kinetic mechanism contained 36 species and 74 reactions of n-tetradecane was used to model the combustion process in the numerical study.
Parametric studies were conducted for six different situations as a total, which are three of amount of total injected fuel and three of timing of fuel injection after the accuracy of the numerical model was shown. When the findings obtained are examined, the highest values of the first and second law efficiencies were determined to be approximately 51.1% and 43.15%, respectively.