Theses supervised by Prof. Dr. Nuri Yücel
10 theses · Gazi University
Ricardo araştırma motorunda silindir içi akış ve yanmanın Star-Cd/es-ICE yazılımı ile sayısal simülasyonu
Bu çalışmada, Ricardo E6 tipi araştırma motoru silindirinde gerçekleşen akış ve yanma olayı STAR-CD/es-ice yazılımıyla analiz edilmiştir. Öncelikli olarak detaylı bir literatür ve teori araştırması yapılmış ve kullanılacak sayısal yöntemler belirlenmiştir. Bu çalışmanın ardından, Ricardo motorunun sadece emme valfini içeren bir modelinde, emme stroğu boyunca gerçekleşen silindir içi döngüsel hareketler olan swirl (silindir ekseni etrafında oluşan dönme hareketi) ve tumble (silindir eksenine dik bir eksende gerçekleşen dönme hareketi) için simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Yine ön çalışmalar kapsamında, Ricardo E6 motorunun valf yapısının simetrik olduğu basit bir modelde hareketli sayısal ağ oluşturma çalışmaları, valf hareket diyagramlarının çıkartılması, soğuk akış ve yanma modellemesi çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmalar sırasında, CFM ve G-Equation yanma modellerinin denemesi yapılmıştır. CFM yanma modelinin oldukça yüksek basınç ve sıcaklıklar verdiği ve yanma süresinin çok kısa olduğu görülmüştür. Gerçek modele geçildiğinde, ilk olarak soğuk akış çalışması yapılmıştır. Bu analizlerin sonucu hem teorik hesaplamalarla hem de Ricardo motoruna ait deneysel basınç verileriyle uyumlu çıkmıştır. Yanma analizlerinde ise G-Equation ve ECFM-3Z modelleriyle stokiyometrik yakıt-hava karışımlı yanma analizleri yapılmıştır. Bu analizlerle ECFM-3Z modelinin daha yüksek basınç ve sıcaklıklar verdiği görülmüştür. Yakıt-hava oranının motor çalışma rejimine getirilmesiyle birlikte ECFM-3Z modeli esas yanma modeli olarak belirlenmiştir. Bu model ile sıkıştırma oranı 8.0 ve 1200 dev/dak motor hızı için ?=1.29 fakir karışımda farklı ateşleme avansları için analizler yapılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde, ateşleme avansının artışı silindir içi basınç ve sıcaklıklarda artışlara neden olmuştur. Tüm bu analizlerin sonuçları Ricardo motoruna ait deneysel verilerle de uyumlu çıkmıştır.Anahtar Kelimeler : Ricardo E6 Motoru, STAR-CD/es-ice, HAD, Silindir İçi Yanma ve Akış
Tek silindirli bir dizel motorda ön ısıtmalı biyodizel yakıt kullanımının motor performansı, egzoz emisyonları ve silindir-içi yanma üzerine etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Bu çalışmada, ANTOR marka 3 LD 510 model tek silindirli bir dizel motor devreye alınmıştır. Dinamometre sistemi su hattı bağlantıları ve motor yakıt sistemi gerekli montajları yapılarak çalışır duruma getirilmiştir. Öncelikli olarak eurodizel yakıt kullandığı çalışma koşulları için motorun performans ve emisyon testleri gerçekleştirilmiştir. ALBİYOBİR firması tarafından atık kızartma yağının esterlenmesi ile elde edilen biyodizel yakıtın motor performans ve egzoz emisyon testleri yapılmıştır. Motor egzoz hattından olan atık ısıdan faydalanmak yakıt girişi için ön ısıtma sağlayacak bir ısı değiştiricisi tasarlanarak imal edilmiştir. Dizel yakıta oranla yüksek viskozite değerlerine sahip olan biyoyakıtlara, viskozite değerlerinin düşürülmesi için yakıt ön ısıtma işlemi uygulamalarına literatürde rastlanmaktadır. Bu çalışmada da atık kızartma yağından elde edilen biyodizel yakıta egzoz hattı ısı değiştiricisi ile ön ısıtma uygulanmıştır. Yakıt giriş sıcaklığının egzoz emisyonları ve motor performansı üzerindeki etkisi irdelenmiştir. Dizel yakıt ve atık kızartma yağından elde edilen biyodizel yakıtın farklı yakma prosesleri için silindir-içi basınç ve gaz örnekleme uygulamaları gerçekleştirilmiştir. Basınç transdüseri kullanılarak silindir içi maksimum basınç değerleri farklı motor çalışma koşulları için karşılaştırılmıştır. Yüksek hızlı gaz örnekleme sistemi kullanılarak silindir içinden farklı piston konumları için gaz numuneleri alınmıştır. Elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde; saf dizel yakıta oranla atık kızartma yağından elde edilen biyodizel yakıtının daha düşük seviyede HC ve CO emisyonu yaydığı ancak daha yüksek egzoz sıcaklığı ve daha yüksek NOx emisyonu yaydığı tespit edilmiştir. Atık kızartma yağından elde edilen biyodizel kullanımı ile motor performans değerleri dizel yakıta oranla azalmaktadır. Atık kızartma yağından elde edilen biyodizel yakıta uygun ön ısıtma sıcaklığı uygulamalarının motor performans ve egzoz emisyon değerleri üzerinde olumlu etkiler yarattığı görülmüştür.Anahtar Kelimeler : Yüksek Hızlı Gaz Örnekleme, Silindir-içi Emisyon ve Yanma, Ön ısıtma, Biyodizel
Tek silindirli bir dizel motorunda atık kızartma yağı metil esterinin, petrol dizeli ile karışımının ve ön ısıtmalı mısır yağı kullanımının etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Taşıt sayısındaki artışla birlikte yakıt ihtiyacı da artmış, yakıt rezervleri tükenmeye başlamış ve alternatif yakıt arayışları başlamıştır. Bu alternatif yakıtların başında maliyetinin düşük olması ve çevreye zararının yok denecek kadar az olması sebebiyle biyoyakıtlar gelmektedir. Buna rağmen bazı olumsuz yanları da vardır ve bunların başında yüksek viskozitesi sebebiyle soğuk günlerde ilk çalıştırmalarda problem çıkartması, atomizasyonun iyi olmaması sonucu performansta azalmalara sebep olması gelmektedir. Bu çalışmada tek silindirli dizel motoru, hidrolik dinamometre, dinamometre kontrol ünitesi, yakıt tankları, sıcaklık ölçüm cihazı ve ısı değiştiricisinden oluşan deney seti kullanılmıştır. Isı değiştiricisi yakıtı istenilen sıcaklığa getirecek şekilde tasarlanmış, tasarımın ardından imal edilmiş ve deney setine dâhil edilmiştir. Deneylerin ilk kısmında atık kızartma yağı metil esteri, petrol dizeli ve petrol dizeli ile karışımları kullanılmıştır. Farklı motor devirlerinde, motor performans ve egzoz emisyon deneyleri yapılmıştır. Deneyin ikinci kısmında mısır yağı ve petrol dizeli ile karışımları kullanılmıştır. Yakıt enjektörlere gitmeden önce imal edilen ısı değiştiricisinden geçirilerek, egzoz gazından atmosfere atılan yanmış gazın sahip olduğu ısı ile farklı sıcaklıklara ısıtılmış ve egzoz emisyon testleri yapılmıştır.Yapılan deneyler sonucunda atık kızartma yağı metil esteri kullanımı ile emisyonlarda azalma olurken, motor performansının da azaldığı görülmüştür. Mısır yağının kullanıldığı deneylerde, mısır yağının yüksek viskozitesi sebebiyle emisyonların artmasına sebep olduğu, ön ısıtma ile emisyonların bir miktar azalmasına rağmen petrol dizeline kıyasla yüksek olduğu görülmüştür.Anahtar Kelimeler : Biyodizel, bitkisel yağ, ön ısıtma, performans, emisyon
İçten yanmalı motor egzoz manifoldu yapısının motor performansına etkisinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
İçten yanmalı motorların icadından günümüze kadar geliştirilmesi sürecinde yüksek performans ve daha iyi yakıt ekonomisinin sağlanması değişmeyen kuraldır. İleri taşıt performansının gereklerini karşılayan günümüz motorları, doğal kaynakların ve özellikle çevrenin korunması bakımından da gerekli şartları yerine getirmelidir. Optimizasyon çalışmalarında en çok üzerinde düşünülen konulardan biri kayıpların azaltılmasıdır. Silindire hava emilmesi ve egzoz gazlarının dışarı atılması sırasında karşılaşılan dirençler enerji kaybına neden olmaktadırlar. Manifoldların ve hava kanallarının şekil yapısı yanında iç yüzlerinin şekli, pürüzlüğü, malzemesi ve hava akışının laminar veya türbülanslı oluşu bu direncin miktarını etkilemektedir. Çalışmanın amacı egzoz manifold yapısının değiştirilerek motor performansının arttırılmasıdır. Motorun yanma odasında yanan yakıt ve hava karışımı, dışarıya egzoz gazı olarak çıkar. Bu çıkış ne kadar rahat gerçekleşirse, motor o kadar performanslı çalışır. Değiştirilen egzoz manifold yapısıyla, yanma odasında oluşan gazın dışarıya daha rahat ve düzenli çıkabilmesi sağlanacaktır. Her silindirden ayrı ayrı çıkan atık gazlar, bu yapı sayesinde bir düzene girecek ve egzoz manifoldunda oluşan basınç kaybı azaltılarak, gücün daha da artabilmesini sağlayacaktır. Sayısal çalışmada her iki egzoz manifoldunda aynı giriş ve çıkış sınır şartları için basınç değişimleri Ansys Fluent v13 bilgisayar programı yardımı ile tespit edilmiştir. Sayısal çalışma sonucunda aynı sınır şartları için orijinal egzoz manifoldunda oluşan basıncın değiştirilmiş egzoz manifolduna göre daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Bu durum egzoz karşı basıncının değiştirilen geometri sayesinde azaltıldığını göstermektedir. Deneylerde 4 zamanlı, 4 silindirli, buji ateşlemeli, elektronik püskürtmeli Toyota marka motor kullanılmıştır. İlk olarak motorda orijinal egzoz manifoldu kullanılarak motor performansı incelenmiştir. Daha sonra değiştirilmiş egzoz manifoldu kullanılarak motor performansı incelenmiştir. Orijinal egzoz manifoldu ve değiştirilmiş egzoz manifoldu kullanılarak elde edilen sonuçlar karşılaştırmalı grafikler halinde verilmiştir. Elde edilen deney sonuçlarına göre motor performansının değiştirilmiş egzoz manifoldu sayesinde arttığı görülmüştür. Değiştirilmiş egzoz manilfoldu ile 1800-4600 dev/dak aralığında devir sayısına bağlı olarak motor torkunda ve mil gücünde %8'e varan artışlar elde edilmiştir.
Kanat etrafında sıkıştırılabilir akışın sayısal olarak incelenmesi
Kanat etrafındaki akışın sayısal olarak çözümü, hava araçları ve turbo makina parçalarının aerodinamik tasarımlarında çok önemli bir yer tutmaktadır. Bu tez çalışmasında iki boyutlu, zamandan bağımsız ve sürtünmeli akış, ses altı hızlarda incelenmiştir. Çalışmalarda akışkan hareketlerini tanımlayan denklemler olarak kabul edilen Navier-Stokes denklemleri, koordinat dönüşümü yapılarak çözümlenmiştir. Gerçek hayatta akış problemlerinin çoğu türbülanslı akışlardır. Türbülans etkileri standart k-? modeli kullanılarak dikkate alınmıştır. Sayısal çözümlerin doğruluğunu test etmek için literatürden elde edilen çözümlerden faydalanılmıştır. Bunun için öncelikle düz plaka üzerinden laminer ve türbülanslı akış çözülerek sonuçlar doğrulanmıştır. Daha sonra nozul, dikdörtgen şekilli yüzeyler ve NACA 0012 kanat üzerinden akış sayısal olarak incelenmiştir.Anahtar Kelimeler: Navier-Stokes Denklemleri, k-? Türbülans Modeli, Sonlu Hacim Metodu, CFD
Yeraltı raylı taşıma sistemi istasyonu için yangın modellemesi ve simülasyonu
Bu çalışmada bir ?Ankaray yeraltı raylı taşıma istasyonu? örnek alınarak kapalı bir hacimde akış ve yanma incelenmiştir. Çalışmanın birinci aşamasında ticari bir HAD programının performans analizini yapabilmek amacıyla, küçük ölçekli ateşe dayanıklı bir yarım istasyon modeli imal edilmiştir. İmal edilen modelin simetri ekseni ısıya dayanıklı camla örtülmüş, böylece model içinde oluşturulan yangını izleme ve dijital video ve fotoğraf makinası ile kaydetme imkanı elde edilmiştir. Bu deneylerde hava akımı olmayan durumlar, 1m/s ve 3m/s sabit hava akımı giriş şartı olan durumlar için yanma incelenmiştir. Bu deneylerde çeşitli yerlerden hız ve sıcaklık ölçümleri yapılmış ve elde edilen sonuçlar ile bir veritabanı oluşturulmuştur. Çalışmanın ikinci aşamasında ise deneylerin yapıldığı küçük ölçekli model bilgisayar ortamına aktarılmış ve ticari bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) programı kullanılarak deneylerin sayısal simülasyonları gerçekleştirilmiştir. HAD ile simülasyonlara başlamadan önce teorik bir araştırma ile hangi modellerin kapalı bir ortamdaki yanmayı modellemede kullanılamayacağı belirlenmiş ve simülasyonlar önceden belirlenen bu modeller kullanılarak yapılmıştır. Türbülans modellerindeki sayıca fazlalık nedeniyle bu modellerin performansları önce zamandan bağımsız çözümlerde denenmiş, zamana bağlı çözümler için en uygun türbülans modeli belirlenmiştir. HAD ile elde edilen simülasyon sonuçları, deney sonuçlarından elde edilen veritabanı ile karşılaştırılmış ve metro istasyonu yangını gibi kapalı bir ortamdaki yanmayı en iyi temsil edebilecek sayısal çözüm parametreleri seçilmeye çalışılmıştır. Çalışmalar sonunda, sayısal simülasyonlardan elde edilen akış karakteristiklerinin deneysel verilerle örtüştüğü ve sayısal modelin akımı iyi temsil ettiği görülmüştür
Yüksek hızlı gaz örnekleme cihazı kullanılarak belirli krank açılarında oluşan emisyonların deneysel olarak incelenmesi
Bu çalışmada, tek silindirli bir araştırma motoru olan Ricardo motoru kullanılmıştır. Yanma stroğu boyunca silindir içinde oluşan yanma ürünleri ve yanmamış hidrokarbon değerleri deneysel olarak incelenmiştir. Silindir içerisinden numune alabilmek için GUSSONS LTD. firmasının ürünü olan Model GSD-10 yüksek hızlı gaz örnekleme sistemi kullanılmıştır. Sistemin montajı tamamlanmış ve ilk kez kullanılmak üzere devreye alınmıştır. Deneyler sırasında motor 1/3 açık gaz kelebeği konumunda çalıştırılmıştır. Motor, elektrikli dinomometre kullanılarak iki farklı yük konumunda çalıştırılmıştır. Deneyler, üç farklı sıkıştırma oranı için (r =6,7,8 ) tekrarlanarak silindir içerisinden örnekleme yapılmıştır. Tez kapsamında yapılan çalışmalar iki ana bölümden meydana gelmektedir. Birinci bölümde, örnekleme valfi, Capelec gaz analiz cihazına direkt monte edilerek analizler istenilen krank mili açıları için sürekli olarak yapılmıştır. Bu çalışmada, yanma stroğu boyunca buji ateşledikten sonra 10'ar derecelik krank mili açılarında gaz örnekleri alınmıştır. Örneklemeler, ateşleme başladıktan sonraki ilk 60o'lik krank mili açıları için yapılmıştır. Sıkıştırma oranının ve yük konumlarının motorda meydana gelen yanmayı nasıl etkilediği deneysel olarak incelenmiş ve sonuçlar grafikler halinde sunulmuştur. Yapılan analizlerin ardından yanma stroğu boyunca yanma ürünü olan CO, değerleri ile yanmamış hidrokarbon değerleri grafikler halinde sunulmuştur. İkinci bölümde, yapılan örnekleme ile yanma gazları silindir kafasında yer alan ve bujinin karşısında bulunan delikten, SOKKEN GSD-10 yüksek hızlı gaz örnekleme sistemi ve ekipmanları kullanılarak yapılmıştır. Silindir içerisindeki gaz örneklemesi belirli krank açı aralıklarında elektromanyetik gaz örnekleme valfi kullanılarak, numuneler tüplere alınmıştır. Tüplere alınan örnek gaz numuneleri, GC-FID cihazı kullanılarak analiz edilmiştir. Bu çalışmanın ardından, tek silindirli bir motorda yanma olayının motor parametreleri ile olan ilişkisi ve mekanizması ile ilgili yorumlar ve öneriler yapılmıştır.
Bir ameliyathane klima santrali tasarımı, termodinamik testleri ve analizi
Teorik olarak, bir ortamdaki mikroorganizma oluşumunun veya transferinin önüne geçilemez. Ancak, ortama filtrelenmişdüşük tanecik derişimine sahip taze havanın verilmesi ve ortamdaki kirli havanın alınmasıyla, tanecik sayısı istenilen düzeyde tutulabilir. Bunu gerçekleştirebilmenin en iyi yolu, uygun şartlara göre tasarlanmışbir havalandırma sisteminin kullanılmasıdır. Bu çalışmada, özellikle ameliyathane odalarının havalandırma sistemi tasarımı üzerinde durulmuştur. Aynızamanda, yapılan kabuller doğrultusunda ve tasarım kriterlerine bağlıkalarak, bir ameliyathane klima santralinde bulunan tüm donanımların (filtre, ısıtıcı, soğutucu, v.b.) hesapları ve seçimleri yapılmıştır. Bu hesaplamalardan sonra, değişik dışhava şartlarının soğutma kapasitesine olan etkisini ve teorik hesabın doğruluğunu görebilmek amacıyla bir deney düzeneği hazırlanmıştır. Hava tarafısoğutma kapasitesi ile akışkan tarafısoğutma kapasiteleri karşılaştırılmıştır. Sonuçlar her iki ölçümün de birbirleriyle ve teorik hesapla uygun olduğunu göstermiştir. Anahtar Kelimeler : ameliyathane klima santrali, temiz oda,buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi
Benzinli motorlarda yakıt olarak LPG kullanılması ve katalitik konvertör uygulanmasının motor performansı ve egzoz emisyonlarına olan etkisinin incelenmesi
BENZINLI MOTORLARDA YAKIT OLARAK LPG KULLANILMASI VE KATALİTİK KONVERTÖR UYGULAMASININ MOTOR PERFORMANSI VE EGZOZ EMİSYONLARINA OLAN ETKİSİNİN İNCELENMESİ (Yüksek Lisans Tezi) Nureddin DİNLER... GAZI ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Aralık 2000 ÖZET Bu çalışmada, buji ateşlemeli motorlarda egzoz emisyonlarını azaltıcı çözümlerden alternatif yakıt (LPG) ve katalitik konvertör uygulamaları incelenmiştir. Deneylerde 4 zamanlı, 4 silindirli buji ateşlemeli Ford marka motor kullanılmıştır. Önce motora LPG dönüşümü yapılarak farklı ateşleme avansı değerlerinde motor performansı ve egzoz emisyonlarının davranışı incelenmiştir. Daha sonra egzoz sistemine katalitik konvertör monte edilerek LPG ve kurşunsuz benzin ile deneyler yapılmıştır. Katalitik konvertörün motor performansı ve egzoz emisyonlarının üzerine olan etkisi incelenmiş ve kıyaslanmıştır. Motor performansını belirlemek için yapılan deneylerde, motor tam açık gaz kelebeği konumunda hidrolik dinamometre ile yükelenerek kademeli olarak devir sayısı değiştirilerek yapılmıştır.u Egzoz emisyonlarının davranışını belirlemek için yapılan deneylerde ise, motor 40 dev/s (2400 dev/dak) sabit hızda tutularak motor yükü (%0 - %100 yük arasında) değiştirilerek yapılmıştır. Deneyler dört farklı ateşleme avansı değerinde kurşunsuz benzin ve LPG için ayrı ayrı tekrarlanmıştır. LPG ile çalışmada motorun torku, mil gücü kurşunsuz benzin ile çalışmaya göre bir miktar daha düşüktür. Egzoz sistemine katalitik konvertör monte edildikten sonra motor torku, mil gücü değerlerinde %5 civarında azalma olmaktadır. Mil özgül yakıt tüketiminde %5-10 artış olmakta, mil veriminde ise azalma olmaktadır. Katalitik konvertörden sonra CO, HC emisyonları etkili bir şekilde azaltılırken; NOx emisyonu kapalı devre katalizör sistemi kullanılmadığından dolayı diğer gazlar kadar etkili dönüştürülememektedir. Ayrıca, katalitik konvertörün dönüştürme verimi de incelenmiştir. Sonuçlar grafikler şeklinde sunulmuştur. Bilim Kodu Anahtar Kelimeler Sayfa Adedi Tez Yöneticisi 625.05.03 LPG, Katalitik konvertör, İçten yanmalı motor 119 Prof.Dr. Nuri YÜCEL
Bir dizel motorda çift yakıt olarak propan-dizel kullanımının yanma rejimine, motor performansına ve emisyon değerlerine olan etkilerinin sayısal olarak incelenmesi
Artan emisyonlara karşı katılaşan emisyon düzenlemeleri otomotiv üreticilerini her geçen gün farklı önlemler almaya zorlamaktadır. Bu önlemler gelişen kontrol teknolojisi ile HCCI, PCCI ya da RCCI gibi düşük sıcaklıkta yanma teknolojileri olabildiği gibi dizel yakıt yerine biyodizel, LPG, CNG gibi daha temiz yakıt kullanımı da olabilmektedir. Bu tez çalışması kapsamında bir dizel motorun propan-dizel yakıt çifti ile çalışabilmesi için sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Bu analizler için öncelikle AVL Boost programı kullanılarak geliştirilen 1-Boyutlu modelin Türk Traktör A.Ş'den alınan dizel yanma rejimindeki deneysel verilerle doğrulanması sağlanmıştır. Geliştirilen 1-B model sonuçları ile deneysel veriler fren ısıl verimi ve is emisyonu açısından karşılaştırıldığında %0,53 ve %6,43 fark olduğu görülmüştür. Ardından 1-B modelden alınan sınır şartları ve ilk değerler ile ANSYS Forte programı kullanılarak 3-B reaktif akış analizleri yapılmıştır. 3-B sektör model sonuçları ile deneysel veriler fren ısıl verimi ve is emisyonu açısından karşılaştırılmış ve fark oranları %4,5 ve %3,6 olarak belirlenmiştir. Bu fark oranlarının 3-B tam model sonuçlarında ise %0,47 ve %18,5 olarak belirlenmiştir. Geliştirilmiş olan 1-B, 3-B sektör ve 3-B tam modellerin doğruluğu sağlandıktan sonra çift yakıt çalışmalarına kütlesel olarak kullanılabilecek maksimum propan oranının tespiti ile başlanmıştır. Bu oranın, maksimum basınç yükseliş oranı sınır alınarak yaklaşık %40 ile %50 arasında olduğu, NOX ve CO emisyon normlarını karşılamadığı görülmüştür. Sonrasında ise kütlece %80 propan kullanımında; enjeksiyon zamanı, enjeksiyon süresi ve EGR oranı ile parametrik çalışma gerçekleştirilerek performans ve emisyon değerleri incelenmiştir. Sonuç olarak mil gücünde %10,9, fren ısıl veriminde %10,51 ve özgül yakıt tüketiminde ise %10,1 iyileşme sağlanmıştır. Ayrıca HC, CO ve is değerlerinin Stage IIIB normlarını karşıladığı görülürken, NOX emisyonu da sayısal olarak elde edilen saf dizel sonuçlarına göre normalize edilmiştir. Normalizasyon sonucunda NOX emisyonunda %62 iyileşme olduğu belirlenmiştir. Bu iyileşme ile SCR kullanmadan, propan-dizel çift yakıt kullanımıyla NOX emisyon normlarının sağlayabileceği görülmüştür.