FBE- Makine Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/9782

Gözat

Yazar "10135311" ile FBE- Makine Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans'a göz atma
  • Öge
    Egr Soğutucusu Isı Değiştiricisinin Performansının Ve Motor Performansına Olan Etkisinin İncelenmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2017-01-16) Bayrak, Burak ; Özgüç, Ali Feridun ; 10135311 ; Makina Mühendisliği ; Mechanical Engineering
    Günümüzde, çevresel kirlilik, insanlığın sağlığını risk altına almaktadır. Özellikle, fosil yakıt ile çalışan sektörler ve makineler hava kirliliğinin oluşumunda büyük bir role sahiptir. Dünya sağlık örgütü ve bunun beraberinde bulunan diğer sağlık örgütleri tarafından havaya salınan kirli gazların salınını konusunda ülkelere ve insanları sağlık konusunda bilgilendirmektedir. Bununla beraber ülkeler nezlinde, hava kirliği konusunda çeşitli kanunlar çıkartarak ülkerinde bu kurallara uyması konusunda büyük önem ve özveri göstermektedir. Bu kapsamda özellikle fosil yakıt tüketen termik santraller, gemiler, trenler, uçaklar ve araçlar gibi insan hayatını kolaylaştıran unsurları etkileyen düzenlemeler ile egzoz emisyonlarının salınımının azaltılması konusunda yaptırımlar uygulanmaktadır. Diğer ülkelerde uygulanan benzeri uygulamalar Türkiye’de, araçlardan çıkan egzoz emisyonlarının salımınını düzenleyenen EU emisyon standartları olarak uygulanmaktadır. EU standartları, araçlardan fosil yakıt kullanılması sebebiyle salınan zararlı gazların azaltılmasını hedeflemektedir. Bu gazlarıdan biri olan ve ozon tabakasını kalınlığının azalmasına sebep olan NOx, diğer ise fazlalığı küresel ısınma iklim değişikliğine neden olan CO2 gazıdır. Bu gazların salınımı konusunda otomotiv endüstrisi, gelişen teknoloji sayesinde ve diğer sektörlerde uygulanan yöntemler yardımıyla önlemlerini almaktadır. Literatürde yer alan yöntemlerden biri olan katalist teknolojisi, CO2, NOx ve kurum gibi hava kirliğine sebep olan gazların salımını motor içerisinde gerçekleşen yanma işlemi sonrasında, katalistler yardımıyla istenen seviyeye indirgeyebilmektedir. İkinci yöntem olarak ise egzoz gazlarının geri tekrardan hava emiş sistemine besleyen EGR sistemidir. Bu sayeden salınımın azaltılması istenen NOx gazı, yanma sonrasında oluşan egzoz gazlarının bir kısmı EGR sistemiyle beraber tekrardan motorun yanma odasına vererek, silindir içerisindeki O2 gazının azaltılmasına, azaltılan O2 gazı sebebiyle silindir içerisinde yanma işlemiş sebebiyle meydana gelen sıcaklık artış miktarının azaltılmasına yardımcı olmaktadır. Bu sayede, yüksek sıcaklıklardaki yanma sebebiyle oluşan NOx gazlarının emisyonu silindir içerisinde azaltılmaktadır. Bir önceki paragrafta belirtildiği gibi, EGR gazının temel görevi silindir içerisindeki yanma işlemine tabi tutulan O2 gazının konstrasyonunu azaltmak ve paralelinde silindir içinde meydana gelen sıcaklık artışını azaltmaktadır. Egzoz gazlarının yanma işleminde sonra çıkan gazlar olarak düşüldüğünde, sıkca egzoz gazının silindire içine girmesi, yanma sonrası meydana gelen NOx salımını arttıracaktır. Bu nedenle EGR sistemine, yanma sonrası çıkan egzoz gazının sıcaklığını düzenleyecek bir ısı değiştiricisi yardımıyla hava emiş tarafına düşük sıcaklıklarda aktraılması gerekmektedir. Motor kısmında ise EGR uygulaması değişen motor çalışmalarına göre uygun olacak şekilde tasarlanmalıdır. Aksi taktirde, motor performansı silindire girenistenen seviyenin üstünde veya altında olması durumunda, motordan istenen seviyede verim alınamamasına veya emisyon hedefleri kapsamında istenen NOx salımını sağlayamama ihtimali vardır. Her bir noktada, istenen NOx salınımını ayarlayabilmek için ısı değiştiricinin performansı değişen EGR debilerine göre istenen sıcaklıklara çekilmesi gerekmektedir. Bu performası beklentisinin EGR soğutucusu tarafında karşılanabilmesi için tasarım mühendisi ve motor kalibrasyonunu gerçekleştirilen mühendisler tarafından motorun çalıştığı koşullar düşünülerek seçilmesi gerekmektedir. EGR soğutucusunun tasarım aşaması motor performansının tayin edilmesi ve beklenen seviyede tutulması için önemli aşamadır. EGR soğutucusu tarafından oluşturulması beklenen ısı değişimi değeri, ısı değiştiricisi konusunda az bilgi sahibi olunması durumunda göz ardı edilebilmektedir. Bu durumda EGR soğutucusu performansı kararı tasarımın ilk fazlarında önceliğini tasarımın motora uygulanıp uygulamama ve parka maliyetleri de düşünüldüğünde ikinci plana atılma ihtimali oluşturmaktadır. EGR soğutucusunun performansı, tasarım aşamasında sonrasında meydana gelen motor üzerinde dinamometrede gerçekleşen testler sonrasında elde edilmektedir. Dolayısyla ısı değişimi konusunda beklentilerin kontrolu bir sonraki aşamada değerlendirilmektedir. Bu çalışma kapsamında, EGR performasının belirlenmesi konusunda hazırlanan matematiksel model ve motor performansını belirleyen modeler yardımıyla nasıl bir etkiye sahip olacağı dinamometre testlerine ihtiyaç duymadan belirlenmeye çalışılmıştır. Bu çalışmanın ilk safhasında, termodinamik yaklaşımlar baz alınarak matematiksel model oluşturulmuştur. Bu yaklaşımların içerisinde, gaz tarafındaki ısı değişimi, soğutucu tarafında meydana gelen ısı değişimi parametreleri ile gaz ve sıvı yüzeylerini ayırlan borular üzerinde oluşturulan yivlerin etkisi de incelenmektedir. Bu termodinamik yaklaşımlar ışığında oluşturulan matematik modeli, daha önceden test çalışmasında noktasında gösterilen değerler kullanarak, EGR soğutucusundan beklenen performans, test sonucunda EGR soğutucusunun gösterdiği performası ile kıyaslanmıştır. Bununla beraber matematik modelin validasyonu gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamada, motor performansının validasyonu için motor performasının modellenmesi konusunda çalışılmıştır. Bu aşamada test koşullarında çalışan motora ait gerekli bilgiler yardımıyla, motor hem geometrik hem de kalibrasyon bilgileri de kullanılarak modelle çalışması tamamlanmıştır. EGR soğutcusunun performasının doğrulanması çalışmasının aynısı motor performası parametrelerin çalışma koşulunun değişimine bağlı olarak gerçekleştirilmiştir. En son safhada, iki performans modelining beraber kullanılmasıyla, EGR soğutucusu tarafında test çalışması sonucu gerektirmeyen noktalarda, EGR performansı çalışması gerçekleştirilmiştir. Çıkan sonuçlar ile motor performası modeli şartlandırarak, EGR soğutucusu tarafında gerçekleştirilen, soğutucu tarafındaki debinin ve sıcaklığın değişimi ve gaz tarafında debinin değişimi gibi farkı çalışma noktalarınaki motor performansı belirlenmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma kapsamında hem EGR soğutucusunun modellenmesi konusunda ve değişen EGR soğutucusu koşullarında meydana gelebilecek sonuçlar dinamometre testine gerek duymadan değerlendirilebilecek şekilde hazırlanmıştır. Bu tez kapsamında gerçekleştirilen çalışma ile EGR soğutucusu tasarımı için gereken metodolojinin geliştirmesi ile beraber, kullanılan soğutucunun performansının motor performansına etkisi de incelenebilmektedir. Böylelikle, birden fazla soğutucu dizaynı aynı motorda ve aynı koşullarda motor performansına etkisi incelenebilmektedir.