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

Abstract

ÖZET Sunulan bu çalışma, süreksiz gaz dinamiği teorileri kullanılarak tek silindirli bir diesel motorun emme ve egzost 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 borularmdaki süreksiz gaz akımı grafik olarak ifade edilmiştir. Partikül yol çizgilerilerin (path line) tanımlanması için, kütle sayıcı bir alt program kullanılmıştır. Bildirilen kütle, boru içersine 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 egzost 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.Özet 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 egzost borulanndaki gaz akımına etkileri, grafik bilgiler olarak sunulmuştur. Grafiklerin ayrıntılı olarak yorumlanması 6. bölümde ele alınmıştır. Son olarak sonuçlar ve tartışmalar detaylı olarak verilmiştir.

ABSTRACT This thesis describes a mathematical model of inlet and exhaust systems of diesel engines using gas dynamics theory. According to the theory, flow of the gases is one dimensional, dependent on time and non-homentropic in the exhaust and inlet systems. A detailed study connected this theory is presented in chapter 3. A non-linear, hyperbolic, partially differential equation system was obtained to drive the mathematical model. The necessary boundary conditions to solve this equation system was presented in chapter 3. The Method of Characteristic applied to equations can be solved by numerical methods. After that, numerical solution was achieved by a finite difference scheme known as the Mesh Method A new development in this study, using `path line` and `path line streams`, is introduced to show flowing of gases in exhaust and inlet pipes. A subroutine was added to main simulation program to introduce of the `path lines` to pipes. This routine counts and controls mass of gases. The utilization of `path lines` to visualize the flow pattern graphically in an engine's exhaust and inlet pipes. This new technique was applied in a diesel engine with single cylinder and unsteady flow in pipes was displayed in graphics. Bergen KRG-5 diesel engine was used for the model. A parametric study was achieved on the model. RPM and length of pipes were changed in the base data. Effects on gases flows of these parameters were examined in graphics in chapter 6. Finally, conclusion of the study are presented in the last chapter. I wish, this study will be useful for the researchers who will work on this subject in the future.