Fine grid simulations of an ic engine combustion chamber with various turbulence models

Abstract

Son yıllarda, otomotiv tasarımcıları ses ve kirlilik yayılımını azaltmak ve buna karşılık motordan yüksek performans elde etmek ve yakıt tüketiminde ekonomi sağlamak amacı ile motor tasarımında önemli değişiklikler yapmaya girişmişlerdir. Bu bağlamda, bu konuda gelişme kaydedebilmek için motorlardaki akışın karakteristik özelliklerinin anlaşılması ve bununla sürekli karşılıklı etkileşim halinde bulunan yanma ürününün özelliklerinin belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmalar deneysel metotlarla yapılabilmektedir. Ancak, deneysel metotlar çok uzun zaman almakta ve çok yüksek maliyetlere neden olmaktadır. Buna karşılık, bilgisayar yardımı ile yapılan simülasyon teknikleri, deneysel metotlara kıyasla birçok avantaja sahiptirler. Çünkü, simülasyon teknikleri daha düşük maliyet getirmekte ve uzun sürmeyip, birçok kez tekrarlanmaya elverişli oldukları için parametre kontrolünü kolaylaştırmaktadırlar. Ancak simülasyonlar türbülans modellerinin yetersizliği, nümerik metot yetersizlikleri v.b. gibi nedenlerden ötürü iyi sonuçlar vermemektedir. Biz bu tezde türbülans modellerinin yetersizliklerinden yola çıkacağız. Sonuç olarak bu tezde daha gelişmiş türbülans modelleri kullanılarak daha elverişli sonuçların elde edilmesi ve bu sonuçlardan faydalanılarak otomotiv tasarımcılarına yardımcı olunması amaçlanıyor. Buradan hareketle, bu tezde, 1. Bölümde, problem ve yaklaşımlar üzerinde durulmuştur. 2. Bölümde, motorlardaki akışkanlar üzerine teorik ve deneysel çalışmalar sunulmaktadır. 3. Bölümde, piston silindirindeki akışı tanımlayan diferansiyel denklemler ifade edilmiştir. 4. Bölümde, türbülans modelleri üzerinde durulmaktadır. 5. Bölümde, diferansiyel denklemlerin diskritizasyonu üzerinde durulmaktadır. 6. Bölümde, k- modeli ve k- - modelinin serbest akışlara uygulamaları anlatılmış ve modellerin basit akışlara uygulanışları test edilmiştir. 7. Bölümde, değişik sıkıştırma oranlarında çalışan yatay pistonlu, merkezi valfli, aksisimetrik modelli motorun türbülans karakteristiklerinin ve ana akışın ölçümlerinin karşılaştırılması yapılmaktadır. Bu akışın karakteristiklerini belirlemek için bir içten yanmalı motor simülasyon kullanılmıştır. İki tane değişik sıkıştırma oranlarındaki durumlar test edilmiştir. Karşılaştırmalar, k- modeli, k- - modeli ve deney datalan arasında yapılmıştır. 8. Bölümde ise sonuçlardan bahsedilmiştir.