Tek silindirli bir gemi diesel motorunun hava ve egzost borularındaki süreksiz gaz akışının bilgisayar yardımıyla incelenmesi

Abstract

Sunulan bu çalışma, süreksiz gaz dinamiği teorileri kullanılarak tek silindirli bir diesel motorun emme ve egzoz sistemlerinin modellenmesini ele almaktadır. Teori, diesel motorlarının emme ve egzost borularındaki gaz akımının, tek boyutlu zamana bağlı ve değişken antropili olduğu prensibine dayanmaktadır. Modelleme sunucunda, lineer olmayan, hiperbolik, kısmi diferansiyel denklem sistemi elde edilmiştir. Bu sistem, "Karakteristikler Metodu" kullanılarak, nümerik çözüme uygun hale getirilmiştir. Çözüm için gerekli olan sınır şartlan Bölüm 3'de anlatılmaktadır. Nümerik çözüm ise, "Sonlu Farklar Metodu" olarak bilinen "Mesh Metodu" ile yapılmıştır. Bu çalışmada anlatılan yeni bir gelişme, Lagrange yaklaşımı kullanılarak, partikül yol çizgileri ve yol çizgisi akımlarının izlenmesi ve kimliklerinin korunmasıdır. Bir gemi diesel motoruna bu tekniğin uygulaması yapılmış, hava ve egzost borularındaki süreksiz gaz akımı grafik olarak ifade edilmiştir. Partikül yol çizgilerilerin (path line) tanımlanması için, kütle sayıcı bir alt program kullanılmıştır. Bildirilen kütle, boru içerisine girdiğinde yeni bir "path line" tanımlanmaktadır. Böylece iki "path line" arasında sabit kütleler taşınmaktadır. Bu sabit kütle şeritlerine, yol çizgisi akımları (path line streams) denilmektedir. Çalışmada, Bergen KRG-5 tipi diesel motorun 3 nolu silindiri model olarak kullanılmıştır. Bunun nedeni bu silindirin, emme ve egzoz borularının diğer silindirlerden etkilenmemesi nedeniyle, tek silindirli bir motor gibi simüle edilebilmesidir. Motorun, boru geometrisine ait bilgiler ref [17]'den elde edilmiştir. Motora ait teknik data bölüm 4'de verilmiştir. Çalışmanın başlarında geniş bir literatür araştırması yapılmış, daha sonra ise ayrıntılı bir teorik analiz verilmiştir. Kullanılan simülasyon programı akış diyagramı verilerek anlatılmış, alt programlar tek tek açıklanmıştır. Geliştirilen programın listesi ekte verilmiştir. Tezin ana konusunu oluşturan partikül yol çizgilerinin elde edilmesi için parametrik bir çalışma yapılmıştır. Bu parametrik çalışmada, motor özelliklerinden devir sayısı ve boru boylan değiştirilerek, program sonuçlan elde edilmiştir. Bu parametrelerin emme ve egzoz borularındaki gaz akımına etkileri, grafik bilgiler olarak sunulmuştur. Grafiklerin ayrıntılı olarak yorumlanması 6. bölümde ele alınmıştır. Son olarak sonuçlar ve tartışmalar detaylı olarak verilmiştir.