Theses supervised by Yrd. Doç. Dr. Sıtkı Uslu
10 theses · TOBB Economics and Technology University
Radyasyon ısı transferinin bir gaz türbini yanma odası duvar sıcaklığı üstündeki etkisinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği-eşlenik ısı transferi yöntemleriyle incelenmesi
Bir gaz türbini yanma odası içerisinde yanma tepkimeleri sonucunda yüksek sıcaklıkta yanma ürünleri (karbon dioksit, su buharı vb.) oluşmaktadır. Bu nedenle yanma odası (YO) duvarına önemli ölçüde ısı transfer edilmektedir. YO duvarının sıcaklığının hesaplanması, duvar ömrünün doğru tahmin edilebilmesi ve duvar soğutma teknolojisinin güvenilirliğinin incelenmesi açılarından önem taşımaktadır. YO duvarı yanma gazları tarafından taşınım ve ışıma ile ısınmakta, dış kanaldaki soğuk hava tarafından soğutulmaktadır. Işıma (radyasyon) ile ısı transferi iki şekilde gerçekleşmektedir. Bunlar; YO birincil bölgedeki zengin karışım sonucu oluşan is (soot) kaynaklı ısı transferi (luminous radiation) ve YO içinde oluşan sıcak gazların ısı transferidir (non-luminous radiation). YO duvar sıcaklığının daha doğru hesaplanabilmesi için radyasyon ısı transferinin de hesaba katılması gerekmektedir. Radyasyon ısı transferinin hesaba katılarak duvar sıcaklığı hesaplamanın en sıcak noktada duvar sıcaklığını azalttığı bilinmektedir. Yüksek basınç ve yüksek sıcaklık koşullarında deney yapmanın maliyeti ve zorluklarından dolayı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ve Eşlenik Isı Transferi (Conjugate Heat Transfer, CHT) duvar sıcaklığı hesaplamada önemli bir araç haline gelmiştir. CHT yöntemi YO akışkan hacmini (alev tüpü, dış kanal) ve katı kısmını (YO duvarı) birlikte modelleme imkanı sunmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında sıcak yanma gazlarının radyasyon ile ısı transferi modellenmiş ve radyasyon ısı transferinin YO duvar sıcaklığına etkisi gözlenmiştir. Bunun için küçük bir turbojet motoru yanma odası HAD ve CHT yöntemleri kullanılarak modellenmiş ve duvar sıcaklıkları hesaplanmıştır. Yapılan çalışma sonucunda radyasyon ısı transferinin duvar sıcaklıklarını düşürme eğiliminde olduğu gözlemlenmiştir. Duvarın en sıcak noktasında radyasyon hesaba katılmadığı durumda sıcaklık 1310 K iken radyasyonun hesaba katıldığı durumda sıcaklık 1140 K olarak hesaplanmıştır. Aynı koşullarda yapılan test sonuçları ile karşılaştırıldığında ise elde edilen sonuçlara göre radyasyon ısı transferinin de hesaba katılması halinde test sonuçlarına daha yakın sonuçlar elde edildiği görülmüştür. Tez çalışması kapsamında üç farklı çözüm ağı sayısı (900 bin, 3.4 milyon ve 9.7 milyon) kullanılmış ve 3.4 milyon ve 9.7 milyonluk çözüm ağlarının yakın sonuçlar verdiği görülmüş ve sonraki çalışmalar için 3.4 milyonluk çözüm ağı kullanılmıştır. Bu çözüm ağı kullanılarak farklı türbülans modelleri, yanma modelleri için analizler yapılmış ve YO duvar sıcaklıklarına etkisi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre Relizable k-ε turbulence modeli ve Hybrid Eddy Break-up yanma modeli en uygun modeller olarak görülmüştür. Ayrıca duvar ve dış kabuk yayma oranı (emissivity) ve türbülanslı Schmidt ve Prandtl sayısının duvar sıcaklıklarına etkisi de incelenmiştir. Ayrıca türbülansın modellenmesinde kullanılan iki yaklaşım Large Eddy Simulation (LES) ve Reynolds Averaged Navier Sokes (RANS) ile yanma odası içinde ve astarda elde edilen sıcaklık dağılımları karşılaştırılmıştır.
Bir gaz türbini yanma odası duvar sıcaklığının hesaplamalı akışkanlar dinamiği ve eşlenik ısı transferi yöntemleri ile hesaplanması
Yanma odalarında, yanma sonucu açığa çıkan gaz sıcaklıkları, alev tüpü astarının erime sıcaklığından çok daha yüksektir. Bu nedenle yanma odası tasarımında çeşitli soğutma yöntemleri kullanılır ve yanma ürünü sıcak gazların olabildiğince astardan uzak olması sağlanır. Fakat gerçekte, alevin düzensizliği ve türbülanslı akış nedeniyle astar üzerinde yüksek sıcaklık bölgeleri meydana gelebilir. Bu yüksek sıcaklık bölgelerini tespit etmenin en iyi yolu yanma odasının test edilmesidir. Fakat test ulaşılabilirliği ve maliyeti düşünüldüğünde, özellikle endüstriyel uygulamalarda pratik bir yöntem değildir. Bu nedenle astar sıcaklıklarının daha pratik bir şekilde tahmin edilebilmesi için Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ve Eşlenik Isı Transferi (Conjugate Heat Transfer, CHT) yöntemleri geliştirilmiştir. Mevcut tez çalışması kapsamında bir turbojet motoru ve bir turboşaft motoru yanma odası için HAD ve CHT yöntemleri kullanılarak astar sıcaklıklarının hesaplanması amaçlanmıştır. Çalışmalar öncelikle hesaplama maliyeti daha düşük olan tepkimeli akışın modellenmediği, bir boru içinde akış probleminde yapılmıştır. İç kısmında yanma ürünü sıcak gazlar ve çevresinde soğuk hava bulunan problemde astar sıcaklığı, CHT yönteminin dahil edildiği iki boyutlu HAD analizleri yapılarak ve ampirik denklemlerle analitik olarak çözülerek hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) yaklaşımının kullanıldığı HAD analizlerinden elde edilen duvar sıcaklıkları ile analitik çözümle hesaplanan duvar sıcaklıklarının uyumlu olduğu görülmüştür. Ayrıca yapılan türbülans modeli çalışmasında Realizable k-ɛ modelinin CHT problemleri için daha uygun bir model olduğu görülmüştür. Diğer bir çalışmada, turbojet motoru yanma odası, atmosferik ve tam yük uçuş koşulu olmak üzere iki farklı koşulda incelenmiştir. Atmosferik şartlarda farklı yanma modelleri ile yapılan analizlerden elde edilen duvar sıcaklıkları, testten elde edilen duvar sıcaklıkları ile karşılaştırılmış ve Hibrit Eddy Break Up (HEBU) yanma modelinin test verilerine göre en uyumlu yanma modeli olduğu görülmüştür. Buna ek olarak, yapılan türbülans modeli çalışmasında ise Realizable k-ɛ modelinin daha uyumlu olduğu söylenebilir. Tam yük uçuş şartları altında yapılan HAD analizlerinde ise beklenildiği gibi daha yüksek çalışma basıncı ve sıcaklıkta daha yüksek astar sıcaklıkları elde edilmiştir. Basınç ve sıcaklığın yükselmesiyle aynı yanma odası geometrisinde alev karakteristiğinin değişebildiği ve buna bağlı olarak astar üzerindeki sıcaklık dağılımının değişebildiği görülmüştür. Turbojet motoru yanma odası astarında görülen en yüksek duvar sıcaklıkları atmosferik koşul için 1260 K, tam yük uçuş koşulu için ise 1470 K olarak hesaplanmıştır. Bunun yanı sıra en yüksek duvar sıcaklıkları, atmosferik koşulda seyreltme bölgesinde gözlenirken uçuş koşulunda ikincil bölgede gözlenmiştir. Diğer bir çalışmada ise atmosferik koşullarda düz akışlı bir turboşaft motoru yanma odasındaki yanma karakteristiği incelenmiş ve astar sıcaklıkları öngörülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre yanma odasının iç ve dış astarlarında yer alan soğutma deliklerinin duvar kenarlarında soğuk film tabakası oluşturarak astarı etkili bir şekilde soğuttuğu gözlenmiştir. Bunun yanı sıra yaklaşık 1600 K sıcaklıktaki yanma ürünleri, seyreltme bölgesinde herhangi bir soğutma olmaması nedeniyle astara oldukça yakın konumlanmıştır. Dolayısıyla astar üzerinde 1420 K civarındaki yüksek duvar sıcaklıkları bu bölgelerde meydana gelmiştir.
Askeri araçlarda ısıtma sistemi optimizasyonu ve tasarım aracının geliştirilmesi
Geliştirilmiş Zırhlı Muharebe Aracı (ZMA) projelerine, Savunma Sanayi Müsteşarlığı (SSM) tarafından Türkiye'nin içinde bulunduğu coğrafi ve iklimsel şartlara uygun olacak şekilde yeni proje yükümlülükleri eklenmiştir. NATO üyesi ülkeler tarafından kullanılan iklim standardı STANAG 2895'e göre Türkiye A1 (32 – 49oC) ve C1 (-32 – -21oC) iklim bölgelerinde bulunmaktadır. ASELSAN ana, FNSS alt yükleniciliğinde yürütülmekte olan Kundağı Motorlu Namlulu Alçak İrtifa Hava Savunma ve Silah Sistemi (KMNAIHSSS) projesinde bu yükümlülükler neticesinde, 48 saat boyunca -32oC sıcaklığa şartlanmış ortamda 30 dakika içerisinde araç motorunun çalışması ve bunu müteakiben 60 dakika içerisinde kabin içi sıcaklığın +10oC'ye ulaşması gerekmektedir. Araç motorunun -32oC'de çalışmaması nedeniyle, motorun soğutma hattına entegre, kerosen bazlı arktik dizel yakıtla (JP-8, F34 NATO Kodlu) çalışan harici bir ısıtıcı ve elektrikle çalışan santrifüjlü bir su pompasından müteşekkil bir motor soğutma suyu ısıtıcı sistemi tasarlanmıştır. Bu sistem aynı zamanda, elektrikli ısı değiştergeçlerinden oluşan personel ısıtıcı sistemine de sıcak su sağlamaktadır. Tasarım süreci boyunca, farklı konfigürasyonlar tasarlanmış ve test edilmiştir. Bu tezin amacı, gereksinimleri karşılayacak şekilde, aracın ısıtma sistemini optimize etmek ve test edilmiş konfigürasyon sonuçlarına ait test değerleriyle uyumlu bir tasarım aracı geliştirmektir.
Eş merkezli dönen iki silindir arasında oluşan Taylor ve Von Karman vortekslerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile incelenmesi
Bu çalışmada, iki eş merkezli silindirin arasında oluşan Taylor vortekslerinin HAD - Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği - analizleri yapılmıştır. HAD için STAR-CCM+ yazılımı kullanılmıştır. HAD ile elde edilen sonuçlar analitik sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Taylor-Couette akışı, farklı hızlarda dönen eş merkezli iki silindir arasındaki kararsızlıkla ilgilidir. Bu nedenle sabit bir dış silindirle, konsantrik dönen bir iç silindir arasındaki akış incelenmiştir. Dönüş hızı kritik bir değeri aşarsa, Taylor vorteksleri meydana gelir. Yapılan bu çalışmada bu kritik değer HAD analizleriyle belirlenerek analitik ve HAD sonuçları karşılaştırılmıştır. Periyodik sınır koşullar kullanılarak, tüm silindir yerine 2 derecelik sektör ile analizler yapılmıştır. Sonuçların etkilenmediği uygun sayısal ağ belirlenerek farklı Taylor sayıları için akış hesaplamaları gerçekleştirilmiştir. Silindirler arasındaki hız ve basınç değerleri alınarak yarıçapa göre değişimleri analitik değerleriyle karşılaştırılmıştır. Moment katsayısının (Cm) Taylor sayısıyla (Ta) değişim grafiği oluşturularak analitik ve HAD sonuçları karşılaştırılmıştır. Literatür araştırmasında bulunan yeni geometri için de aynı işlemler tekrarlanarak Cm-Ta grafiği oluşturulmuştur. Ayrıca, literatürde bulunan farklı akış çeşitleri tüm geometri için denenmiştir. Yeni geometriyle, tez geometrisi karşılaştırılarak yapılan analizlerin doğruluğu kanıtlanmıştır. Son olarak, bir çamaşır makinesindeki ısıtıcı elemanı temsil etmek üzere iki silindir arasına bir engel konularak simülasyonlar yapılmıştır. Hem 3 boyutlu hem de 2 boyutlu yapılan analizlerde, monitör noktaları konularak engelden sonra oluşan Von Karman vorteksleri incelenmiştir. Frekans değerlerinden de Strouhal sayıları hesaplanarak karşılaştırmalar yapılmıştır. Yapılan çalışmada eş merkezli alınan iki silindir arası çamaşır makinesinin haznesi olarak düşünüldüğünde ilerleyen çalışmalarda gürültü problemlerini azaltmak için daha ayrıntılı analizler ve hesaplamalar yapılabilir. Anahtar Kelimler: Taylor Vorteksleri, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, Eş merkezli Dönen Silindirler, Von Karman Vorteksleri, Strouhal Sayısı
TIER IV emisyon seviyesine sahip bir dizel motorun hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile akış ve yanma analizi
Bu tez çalışmasında, TIER IV emisyon seviyesine sahip bir dizel motor Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği(HAD) ile araştırılmıştır. Bir boyutlu gaz değişim analizleri gerçekleştirilip, bütün motor bileşenleri modellenerek tüm çalışma koşullarında motorun performans karakteristiği AVL Boost yazılımı ile elde edilmiştir. Emme ve egzoz manifoldlarından elde edilen basınç ve sıcaklık değerleri reaksiyonlu HAD simülasyonlarına sınır koşul olarak girilmiştir. Emme manifoldu geometrisinin silindir içerisindeki döngü şiddetine etkisi farklı valf açıklıkları için daimi rejim ve isotermal koşullarda Star-CCM+ yazılımı kullanılarak araştırılmıştır. HAD ile elde edilen döngü şiddeti sonuçları deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Silindir içi reaksiyonlu simülasyonlarda, tam yük altında bir silindir için 45°'lik dilim alınarak valflerin kapalı olduğu krank açıları boyunca yanma analizleri yapılmıştır. Emme ve egzoz manifoldları, valfler ve pistonun dahil edildiği simülasyonlar ise, tek bir silindirin tamamı için 720° krank açısı boyunca gerçekleştirilmiştir. Reaksiyonlu simülasyonlarda, akışın türbülans ve yanma karakteristikleri, RNG k-ε ve ECFM-3Z modelleriyle Star-CD ve alt modülü es-ICE yazılımları kullanılarak araştırılmıştır. Püskürtülen sıvı yakıtın sprey oluşumu iki fazlı Lagrangian yaklaşımıyla gerçekleştirilmiştir. Yanma simülasyonları sonucu elde edilen silindir içi basınç ve ortaya çıkan ısı değerleri deneysel verilerle karşılaştırmalı olarak yorumlanmıştır. Yanma sonucu silindir içerisinde ortaya çıkan emisyonlar özellikle NOx ve is incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, İçten yanmalı motorlar, Çift fazlı akış, Lagrangian yaklaşımı, Yanma, Emisyonlar
Ters akışlı bir yanma odasında hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullanılarak large eddy sımulatıon modeli ile tutuşma karakteristiğinin belirlenmesi
Yanma odası tasarımlarında tutuşma karakteristiğinin belirlenmesi en önemli noktalardan birisidir. Bu tez çalışmasında, 2-5 kişi kapasiteli küçük bir uçağa ait, küçük boyutlardaki (160-180 kW) bir turboprop / turboshaft motorun ters akışlı yanma odası içerisindeki çift fazlı ve reaksiyonlu akış, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi kullanılarak Büyük Burgaç Simülasyonu (Large Eddy Simulation, LES) yaklaşımı ile analiz edilmiştir. Yapılan analizlerde tutuşma, alev yayılımı ve yanma odası içerisindeki ısı transferi olayları incelenmiştir. Simülasyonlarda öncelikle, LES analizlerine referans olması amacıyla daha az hesaplama kaynağı gerektiren ve hesaplama süresi açısından daha kısa zamanda sonuçlar veren Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) yaklaşımı kullanılmış ve türbülanslı akış Realizable k-ε modeli ile analiz edilmiştir. Hesaplama maliyeti ve yakınsama kolaylığı nedeniyle RANS metodunun sağladığı izotropik türbülans yaklaşımından dolayı ilk analizler sektör geometri üzerinde gerçekleştirilmiştir. Sektör geometri, tam geometrinin 1/12'lik parçası olan 30 derecelik kısmını temsil etmektedir. Sektör geometri ile gerçekleştirilen analizlerde, ağ yapısı çalışmaları, yanma modeli çalışmaları ve çift fazlı akış modeli çalışmaları tamamlanmıştır. Yanma modeli doğrulanması çalışmalarında Sandia laboratuvarlarında gerçekleştirilen Flame D pilot alev deneyi verileri kullanılmıştır. Çift fazlı akış karakteristiğinin belirlenebilmesi için LISA (Linearized Instability Sheet Analysis) birincil parçalanma modeli ve TAB ikincil parçalanma modelleri birlikte kullanmıştır. Daha sonraki süreçte, Hibrit Eddy Break Up (HEBU) yanma modeliyle birlikte RANS yaklaşımı kullanılarak reaksiyonlu sektör geometri analizleri gerçekleştirilmiştir. Böylece, tam dairesel geometri ile yapılan analizlere daha az hesaplama gücü kullanılarak referans bilgi elde edilmiştir. Tam dairesel geometri ile yapılan analizler sonucunda, yanma odası çıkış sıcaklık dağılımı, hız dağılımı, Radyal Sıcaklık Dağılım Faktörü (RTDF), Genel Sıcaklık Dağılım Faktörü (OTDF) ve tutuşma parametreleri gibi temel performans parametreleri elde edilmiştir. Analizler süresince elde edilen sıcaklık konturları birleştirilerek videolar oluşturulmuş ve tutuşma, alev yayılımı gibi olaylar görsel olarak incelenmiştir. Sonuç olarak, ateşleyici ve yakıt enjekte edilme işlemi 3 ms zamanında etkinleştirilmiş ve yanmanın tamamlanıp alevin yanma odasına yayılma işlemi ise 63 ms civarında tamamlanmıştır. Çıkış yüzeyinde elde edilen sıcaklık değerleri incelendiğinde RTDF değeri %5, OTDF değeri ise %29 olarak hesaplanmıştır.
Yöndeş ve ters akışlı hava parçalamalı yakıt hava püskürtücülü bir yanma odasının karakteristiklerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile belirlenmesi
Yanma odası tasarımlarında yakıt ve havanın iyi derecede karıştırılmaları en önemli noktalardan birisidir. Hava parçalamalı yakıt-hava püskürtücüsü, sıvı yakıtı atomize etmek ile beraber yakıt ve havayı da etkin biçimde karıştırarak yanma odasının içine gönderir. Yakıt ile havanın etkin karışımı, havaya döngülü bir hareket kazandıran atomizer kanalları sayesinde gerçekleştirilir. İki döngülü atomizer kanallarının hava akış yönlerinin seçiminde iki farklı yöntem izlenebilir. Yöndeş döngülü konfigürasyonda, hava atomizer kanallarına aynı yönde girer ve atomizer çıkışında radyal yönde genişleyen bir akış yapısı gözlemlenir. Ters akışlı konfigürasyonda ise birincil ve ikincil döngü kanallarından gelen akımlar zıt yönde döndüklerinden, büyük döngü hareketi parçalanarak, birincil bölge içerisinde düzensiz bir akış yapısı yaratırlar. Mevcut tez çalışmasında, hava parçalamalı atomizerlerin yöndeş ve ters akışlı konfigürasyonların turbojet ve turboşaft motor yanma odalarındaki performansları, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği simülasyonları gerçekleştirilerek incelenmiştir. Gerçekleştirilen HAD analizlerinde, akışın türbülans ve yanma karakteristikleri Realizable k-ε türbülans modeli ve Flamelet yanma modeli kullanılarak RANS yöntemi ile modellenmiştir. Analizlerde kullanılan türbülans ve yanma modellerinin doğrulanması Sandia Flame D deneyi simüle edilerek yapılmıştır. Analizler sonucunda, turbojet motor için yöndeş atomizer konfigürasyonun, yanma odası duvarlarının yüksek sıcaklıklardan korunması bakımından daha uygun ve daha iyi yanma odası radyal çıkış sıcaklık profiline sahip olduğu bulunmuştur. Turboşaft motor için ters akışlı atomizer konfigürasyonun daha yüksek yanma verimine ve daha iyi yanma odası çıkış sıcaklık profiline sahip olduğu gözlemlenmiştir. Her iki motorunda basınç kaybının atomizer konfigürasyonundan etkilenmediği görülmüştür. Turbojet motor yanma verimi her iki konfigürasyon için %96.5, Turboşaft motor için yanma verimi, yöndeş atomizer konfigürasyonunda %97.5, ters akışlı konfigürasyonunda %98.4 bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: HAD, Yanma odası, Hava parçalamalı yakıt-hava püskürtücüsü, Basınç düşümü, Yanma verimi
Ağır vasıta bir diesel motorun tasarımı, üç boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği ve emisyon analizi
Bu çalışmada öncelikle Bir Boyutlu (1B) 12 silindirli ağır vasıta bir Diesel motorun tam yükleme durumu düşünülerek tasarımı, performans ve emisyon analizleri yapılmış, motorun performans eğrisi elde edilmiştir. Bir Boyutlu analizden elde edilen ilk koşullar kullanılarak emme valfinin kapandığı andaki basınç ve sıcaklık değerleri Üç Boyutlu (3B) CFD analizinde kullanılmış ve tek bir silindir için akış analizi yapılmıştır. Hem 1B hem de 3B CFD analizinden elde edilen silindir içindeki ortalama sıcaklık ve basınç değerlerinin karşılaştırılması yapılmış, sonuçların birbirine yakın olduğu gözlenmiştir. Üç Boyutlu akış analizinde öncelikle farklı hücre sayıları için ağ yapısı analizi yapılmıştır. Daha sonra sırasıyla farklı türbülans ve yanma modellerinin sonuçlar üzerindeki etkisi incelenmiştir. Üç Boyutlu CFD akış analiz programı olarak AVL Fire EseDiesel modülü kullanılmıştır. Özellikle ECFM-3Z (Extended Coherent Flame Model-Three Zone) yanma modeli ile k-?-f türbülans modellerinin verdiği sonuçlar incelenmiş ve gerçeğe uygunluğu yorumlanmıştır. Son olarak kısmi yükleme ve tam yükleme durumları ile enjeksiyon zamanının yanmaya olan etkileri araştırılmıştır.
Ön-film oluşumlu, hava parçalamalı atomizere sahip bir yanma odasının sprey ve yanma karakteristiklerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile incelenmesi
Bu tez çalışmasında, insansız hava araçlarında kullanılacak olan küçük boyutlardaki bir turbojet motorun ön-film oluşumlu hava parçalamalı atomizere sahip yanma odası içerisindeki çift fazlı ve reaksiyonlu akış, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi ile analiz edilmiştir. Analiz edilen yanma odasının geometrisi, literatürde yer alan tasarım kriterleri çerçevesinde, bir boyutlu metodolojiler ve izotermal HAD simülasyonları ile oluşturulmuştur. Hava parçalamalı atomizerde oluşan spreyin karakteristikleri, atomizer içerisindeki çift fazlı akışın reaksiyonsuz HAD simülasyonları gerçekleştirilerek incelenmiştir. Sprey simülasyonlarında elde edilen damlacık çap ve hız değerleri, reaksiyonlu HAD simülasyonlarına sınır şart olarak girilmiştir. Reaksiyonlu simülasyonlarda, akışın türbülans ve yanma karakteristikleri, Realizable k-? ve Hibrit Eddy Break Up modelleriyle ele alınmış; bu modellerin ve HAD analizleri için kullanılan Star-CCM+ yazılımının güvenilirliği, bir türbülanslı yanma problemi olan Sandia Flame D deneyinin simülasyonları gerçekleştirilerek, kanıtlanmıştır. Hava parçalamalı atomizerde oluşan sıvı damlacıkların akışı ise Lagrange yaklaşımıyla hesaplanmıştır. Sprey simülasyonlarında, basınç atomizeri çıkışındaki birincil parçalanma, damlacıkların atomizer duvarına çarpması sonucu sıvı film oluşumu, duvar üzerinde oluşan sıvı filmin gaz fazı ile etkileşimi sonucu parçalanması ve gaz fazının yarattığı aerodinamik etkiler sebebiyle gerçekleşen ikincil damlacık parçalanması gibi olgular modellenmiş; sonuç olarak hava parçalamalı atomizerin ortalama 20 ?m çapında ve 15 m/s eksenel hıza sahip damlacıklar oluşturduğu görülmüştür. Reaksiyonlu simülasyonlar ile birlikte, yanma odası içerisindeki sıcaklık ve yakıt denge katsayısı dağılımı hesaplanmış; sonuç olarak, yanma verimi %97.4, RTDF değeri %16, OTDF değeri %28 ve toplam basınç kaybı %4.9 olarak bulunmuştur.
Üç boyutlu türbülanslı bir DMD içten yanmalı motorun yanma karakteristiklerinin incelenmesi
İçten Yanmalı Motor çalışmalarında, yanma konseptlerinin iyileştirilmesi ve buna paralel olarak kimyasal emisyonların düşürülmesi en önemli araştırma konularını oluşturmaktadır. Bu araştırmaların en önemli bölümünü sıfır emisyonlara sahip motorların geliştirilmesi olarak nitelendirilebilir. Dünya çapında otoritelerin koydukları emisyon standartları, otomobil firmalarını emisyon seviyelerini düşürmeleri konusunda zorlamaktadır. Bu standartlar ise otomobil firmalarına ek maliyetler olarak yansımaktadır. Yanma sonrası egzoz emisyonlarını azaltmanın getirdiği ek maliyetleri azaltmak için daha iyi yanma konseptlerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Piston geometrisinin değiştirilmesi ile yakıt püskürtme de bu konseptler içinde değerlendirilebilir. Mevcut tez çalışması kapsamında, Doğu Motor Arge tarafından tasarlanan konsept motor incelenmiş, turbo beslemeli direkt yakıt püskürtmeli bir dizel motorda piston geometrisi değiştirilerek HAD, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, ile türbülanslı yanma analizleri yapılmıştır. Bilindiği üzere dizel motorlarda yakıt püskürtme basıncı günümüz direkt püskürtmeli motorlarda 2000 bar civarındadır. Yapılan çalışma kapsamında ilk önemli amaç püskürtme basıncının 800 bara düşürülerek yanma verimi üzerindeki etkilerinin incelenmesidir. İkinci olarak yanma veriminin iyileştirilmesi için piston kasesinin geometrisi değiştirilmiştir. Ayrıca tez kapsamında çeşitli püskürtme koni açıları ve püskürtme başlangıç zamanları değiştirilerek parametrik çalışmalar yapılmıştır.