Dört zamanlı bir dizel jeneratörün matematik modellemesi

Sanayileşme süreci, geçmişten günümüze kadar ekonomik kalkınmanın en önemli parametrelerinden biri olmakla birlikte, bilgi ve teknolojinin sürekli gelişmesine olanak veren en temel parametrelerden biridir. Dünya geçmişten günümüze kadar geçen yıllarda sanayileşme sürecinde gerçekleşen köklü değişimlerden ötürü teknolojik gelişimlerin de artışı ivme kazanmıştır. Dolayısı ile sanayi yönünden gelişmiş ülkelerin ekonomik mukayeselerinin üstünlüğünün ölçümü artık teknolojik yapıların gelişmine bakılarak yapılmaktadır. Bu tezde incelemesi yapılan içten yanmalı motorlar; geçmişten günümüze icat edilmiş en önemli buluşların arasında sayılmaktadır. İçten yanmalı motorlar günümüzde deniz, kara ve demiryolu taşımacılığında ve sanayi sektöründe sıklıkla kullanılmakta olup mühendislik yönünden de oldukça karmaşık parametreler içermektedir. Örneğin; geminin sevki sırasında ana makine, jeneratör veya makine dairesinde meydana gelebilecek önemli bir arıza sonucu operasyonun aksaması veya durması ile sonuçlanabilecek arızaların azaltılabilmesi için ilk olarak makine dairesi içerisindeki en önemli elemanlar olan ana makine ve jeneratörlerin uygun koşullarda çalıştırılması ve korunması gerekir. Operasyon sırasında ana makine ve jeneratör ile birlikte çalışan; T/C türbin, T/C kompresör, yağlama ve soğutma sistemleri gibi sistem bileşenleri, mevcuttur. Bu sistemlerde veya bileşenlerinde oluşabilecek problemler geminin sevkine direk olarak etki etmektedir. Bu tez çalışması dört zamanlı bir dizel motorun matematik modellemesi; T/C kompresörün oluşturduğu hava dolgusu ile hava girişinden itibaren, T/C türbine egzoz gazlarının türbin çarkları arasından çıkışına kadar olan sürecin modellenmesini kapsamaktadır. Hesaplamarın yapılabilmesi için silindir gazlarının ideal gaz kanunlarına uyduğu, kaçakların veya geri akışların olmadığı gibi kabuller yapılmıştır. Kütle ve enerjinin korunumu ilkesine dayanarak hava silindir içerisine alındıktan sonra püskürtülen yakıtın barındırdığı kimyasal enerjinin silindir gazları (hava, yakıt, yanmış gaz) üzerindeki sıcaklık ve basınç değişimleri tek bölgeli termodinamik model ve Wiebe Yanma Oranları Fonksiyonu kullanılarak modelleme kurgusu oluşturulmuştur. T/C kompresör, skavenç manifoldu, emme valfi, silindir içi prosesleri (sıkıştırma, püskürtme, tutuşma gecikmesi, yanma, genleşme egzoz, dolgu değişimi), egzoz manifoldu, T/C türbini ayrı birer alt sistem olarak düşünülerek modellenmiştir. Tüm bu sistemlerin ve bileşenlerinin birlikte çalışması krank açısı değişimine bağlı olarak dinamik bir şekilde modellenmiştir. Modelleme, excel üzerinde oluşturulmuş ve kontrol edilmiştir. Durum belirleyici olarak krank açısı referans alınmış, krank açısının değişimi durumlar arasında geçişi sağlayarak içerisinde bulunan modellerin birbirilerine veri aktarması ile tüm sistemin ve alt sistemlerin birlikte çalışması sağlanmıştır. Modellemeyi oluşturulan dizel motor; YANMAR 6EY22ALW Tipi 6 silindirli dört zamanlı bir dizel motordur. Silindir çapı, strok uzunluğu, emme valflerinin açılma zamanı, biyel kolu uzunluğu gibi sabit parametreler makine teknik kataloğundan alınmıştır. Değişken durumlardaki T/C kompresör ve skavenç manifoldu basınç değerleri, maksimum basınç oluşma zamanı, T/C türbin bilgileri, devir sayısı ve yakıt tüketimi gibi değerler ise makinenin değişken durumlardaki test verileri alınarak elde edilmiştir. Oluşturulan modelin farklı yüklerde çalıştırılması ile silindir içerisindeki basınç ve sıcaklık değerlerinin değişimi, egzoz manifoldu basınç ve sıcaklık değerleri, T/C Türbini tarafından üretilen güç, skavenç manifoldu basıncı ve krankşafta aktarılan güç miktarı hesaplanmıştır. Makine operasyonu sırasında makineye verilen yakıt miktarının değiştirilmesi ile ana makinede meydana gelen değişimlerin izlenebileceği bir çalışma gerçekleştirilmiştir.