Dizel Motor Emisyonlarının Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Yardımıyla Çok Boyutlu Modellenmesi Ve Analizi

Abstract

Son yıllarda Avrupa’da özellikle EURO 5 ve 6 normlarının uygulama zorunluluğuyla birlikte egzoz emisyonlarında yeni düzeltmeler ve düzenlemeler yapılmıştır. Dizel motorlarında bu emisyonlarla ilgili en temel sorun olarak görülen NOx ve İs ters orantısı araştırmacıları silindir içinde ve dışında bazı çareler aramaya itmiştir. Verimli bir dizel çevriminde, yanmanın koşulsuz sonucu olan NOx, egzoz sonrası işlemlerle giderilmeye çalışılmaktadır. Araştırmacılar emisyonları azaltmak amacıyla farklı yakıt tipleri üzerine de çalışmış fakat dizel yakıtın yanma verimliliğinin yüksek olması ve çokça test datasına ulaşılabilirliği sebebiyle yine dizel uygulamalarına yönelmişlerdir. Bunun dışında silindir içinde de, yanma verimini artırabilecek çözüm yöntemleri geliştirilmektedir. Silindir içerisindeki çalışmalarda piston çanağının optimize edilmesiyle ilgili oldukça fazla çalışma yapılmış olsa da, silindir içinde oluşacak hava hareketlerinin tahmini, yaklaşımları ve hesapları oldukça karmaşıktır. Bu tez çalışmasında büyük hacimli örnek bir dizel motor için üç boyutlu bir yanma modellemesi yapılacak ve devir sayılarına bağlı değişimlerle anlık basınç, is, NOx gibi çevrim çıktıları karşılaştırılacaktır. Çalışma için Computational Fluid Dynamics (CFD) – Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yardımıyla AVL FIRE programının ESE.Diesel modülü kullanılarak türbülans - yanma modelleri, yakıt demeti parçalanma modelleri, damlacık buharlaşması modelleri, kirletici oluşum modellerinden ağır vasıta dizel bir motor içi uygun olanlar seçilerek modellenmiş ve hesaplatılmıştır. Hesaplamalar sonucundaki verilerin, deneysel test datalarıyla olan genel uyumluluğunun iyi olduğu saptanmış, sonrasında devir sayılarına bağlı emisyonların değişimlerini irdelenmiştir ve çalışmada kullanılan örnek motor için yorumlanmıştır.

Most recently, several new adjustments were executed according to new requirements especially in Europe regarding Euro 5-6 standards for exhaust emissions. The most fundamental problems that have been seen in diesel engine emissions, NOx and Soot inverse proportion, made researchers find solutions inside or outside of the cylinder. NOx, as an inevitable product of an efficient diesel cycle, have been subjected to after treatment processes following the exhaust to be diminished. Researches in this field, worked on different fuel types in order to reduce emission levels but return using diesel fuel due to high combustion efficiency and ease of access to test data. On the other hand, there are several developments corresponding with solutions for inside of the cylinder. Although there are many researches about optimization of piston bowl have done, forecasting the swirl in the cylinder is quite complex as embracing approaches to this kind of work and calculations. In this study, combustion modelling for a representative high volume diesel engine would be the main subject to be worked on together with the comparison of the outputs depending on the engine speed such as mean pressure, power, soot and NOx emissions. In aid of Computational Fluid Dynamics, the ESE.Diesel module of AVL FIRE software would be used to model and calculate the combustion turbulence, fuel bundle decomposition, fuel drop evaporation in accordance with appropriate contaminated materials models suitable for a heavy duty diesel engines. The results of the analytical calculations were remarkably reliable comparing to the experimental text results.