Miller Çevrimine Göre Çalışan Aşırı Doldurmalı Bir Dizel Motoruna Buhar Enjeksiyonunun Performans Ve Emisyonlar Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, -, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2013
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Güven GONCA
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Bahri ŞAHİN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Gemi kaynaklı emisyonların, özellikle NOx emisyonlarının, çevre üzerinde birçok zararlı etkilerinin olduğu bilinmektedir. Gemilerden salınan kirleticilerin sınır değerlerini belirleyen MARPOL (Gemi Kaynaklı Kirliliğin Önlenmesi Uluslararası Konvansiyonu) kuralları, yakın gelecekte gemi dizel motorlarından kaynaklanan NOx emisyonlarına önemli sınırlandırmalar getirecektir. Bu nedenle, gemi kaynaklı NOx emisyonlarını azaltmak için yeni ve hızlı uygulanabilir yöntemlerin geliştirilmesi gereklidir. Yeni yöntemlerin geliştirilmesi ve motorlara uygulanması esnasında, ekolojik performansı belirleyen emisyon seviyeleri kadar, ekonomik performansı belirleyen efektif güç ve özgül yakıt sarfiyatı da hesaba katılarak, optimum tasarım ve işletme koşulları belirlenmelidir. Bu çalışmada, emme valfinin geç kapatılması tekniğine dayanan Miller çevrimi, elektronik kontrollü buhar enjeksiyonu ve aşırı doldurma uygulamalarının, tam yük şartlarında çalışan tek silindirli bir dizel motorunun performansına ve NOx emisyonlarına etkileri teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. Teorik çalışmalar kısmında, termodinamik analizlere dayalı parametrik çalışmalar, tek bölgeli ve iki bölgeli yanma simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Parametrik çalışmalarda, Dual-Miller çevriminin termodinamik analizi ve performans optimizasyonu yapılmış ve diğer gaz çevrimleriyle karşılaştırılmıştır. Ayrıca, yanma ve ısı transferinin çevrim performansı üzerine etkileri de parametrik olarak incelenmiştir. Aşırı doldurma basınçlarına bağlı optimum buhar sıcaklıkları ve debileri belirlenmiştir. Sonlu zaman termodinamiğine dayalı ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılabilir yeni bir model geliştirilmiştir. Ayrıca, tek ve iki bölgeli yanma simülasyonu modelleri geliştirilmiştir. Bu modellerle, Miller çevrimi, buhar enjeksiyonu ve aşırı doldurmanın motor performansı ve NO emisyonları üzerine etkileri incelenebilmektedir. Deneysel çalışmalarda, standart ve üç farklı kam mili (5, 10 ve 15 derece krank açısı geç kapanma için) üç farklı buhar oranı (%10, %20 ve %30) ve üç farklı aşırı doldurma basıncı (1.1, 1.2 ve 1.3 bar) için emisyon ve performans sonuçları elde edilmiş ve standart değerlerle karşılaştırılmıştır. Sonlu zaman termodinamiği modeli (SZTM) ve yanma simülasyonu modelinden (YSM) elde edilen teorik sonuçlar deney verileriyle karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, aynı çevrim basınç ve sıcaklık oranlarında Dual-Miller çevrimine göre çalışan bir dizel motorun, Dual-Dizel çevrimine göre çalışan dizel motordan daha yüksek performansa sahip olduğunu göstermiştir. Dolayısıyla, aynı performansta Dual-Miller çevrimi daha düşük yanma sıcaklıkları ve NOx oluşumuna neden olmaktadır. Ayrıca, püskürtülen buhar sıcaklığının silindir içinde yoğuşmaya neden olmadığı teorik olarak gösterilmiştir. Çalışmada, iki bölgeli model tek bölgeli modele göre deney verilerine daha yakın sonuçlar vermiştir. Bu nedenle, yanma simülasyonu modeli olarak iki bölgeli model seçilmiştir. Deneysel sonuçlarla YSM ve SZTM'nin sonuçları karşılaştırılmıştır. Maksimum hata SZTM ve YSM için sırasıyla, %10 ve %6'dır. NOx emisyonları açısından, en iyi koşul kam 57 ve %30 buhar oranı ile elde edilmiştir. Fakat motor performansı belirgin olarak düşmektedir. Performans ve tüm emisyonlar birlikte düşünüldüğünde, kam 57, %20 buhar oranı ve 1.1 bar aşırı doldurma basıncının olduğu koşullar optimum olarak bulunmuştur. Bu koşullarda, NOx, HC, CO, CO2 ve özgül yakıt sarfiyatı (ÖYS)'nın maksimum düşüş oranları sırasıyla, %46, %46, %74, %8 ve %15.3'tir. Bununla birlikte, maksimum moment artış oranı ise %22.5'tir. Sonuçlar, bu yöntemlerin birlikte, sabit devirlerde çalışan gemi dizel motorlarında ve güç tesislerinde uygulanmasının ekolojik ve ekonomik olarak çok faydalı olacağını göstermiştir.