Multidimensional Mathematical Model Of The Mixture Formation In Marine Diesel Engines

Abstract

This study is based on multidimensional mixture formation and turbulent diesel spray combustion modeling. The models of fluid dynamics, turbulence, chemical reactions, droplet break-up, collision, evaporation were used to produce numerical model of spray combustion. Different combustion models which are used in the literature are investigated and the differences are revealed. The Partially Stirred Combustion model of which results are the most appropriate for diesel engine is commonly used in this study. Both single step oxidation mechanism and reduced complex mechanism which consists of 68 species and 291 reactions is used for combustion model. The NOx formation is obtained by the extended Zeldovich mechanism. The constant volume models and diesel engine models were solved by KIVA 3V, Computational Fluid Dynamics code. The spray model, autoignition and combustion results of the constant volume calculations were compared with the results that were published in the literature for validation. Diesel engine calculations were performed for an engine of which experimental data were available at different loads. By using the information that was obtained from the numerical studies, a marine engine combustion chamber is modeled.

Bu tez çalışması, dizel motorlarında karışım oluşumunun ve türbülanslı yakıt demeti yanmasının çok boyutlu olarak modellenmesini içermektedir. Akışkanlar dinamiği, türbülans, damlacıkların parçalanma, birleşme ve buharlaşma modelleri kullanılarak, yakıt demetinin yanma modeli oluşturulmuştur. Literatürde kullanılan değişik yanma modelleri araştırılarak farklılıkları incelenmiştir. Dizel yakıt demeti yanma modeli için en uygun model olan kısmi karışımlı yanma modeli bu çalışmada sıklıkla kullanılmıştır. Yanma modeli için hem tek basamaklı yanma mekanizması, hem de 68 bileşen ve 291 reaksiyondan oluşan detaylı yanma mekanizması kullanılmıştır. NOx oluşumu için genişletilmiş Zeldovich mekanizması kullanılmıştır. Sabit hacim modelleri ve dizel motor modelleri KIVA 3V, Sayısal Akışkanlar Dinamiği kodu kullanılarak oluşturulmuştur. Yakıt demeti modeli, tutuşma gecikmesi ve yanma sonuçları literatürde bulunan diğer sabit hacim modelleri ile karşılaştırılmıştır. Deneysel verileri elde edilen bir dizel motor modellenerek sayısal sonuçlar ile deneysel sonuçlar karşılaştırılmıştır. Daha sonra elde edilen bilgiler yardımıyla bir gemi dizel motoru ele alınarak modellenmiştir.