Computational modeling of cold flow characteristics of a single cylinder internal combustion engine using the dynamic moving mesh - Savcı, İsmail Hakkı (My University, 2009)
DİNAMİK MESHLEME METODUYLA TEK SİLİNDİRLİ İÇTEN YANMALI MOTORUN SOĞUK AKIŞ ÖZELLİĞİNİN SAYISAL MODELLENMESİ Son yıllarda 3 boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) simulasyonları bilgisayar teklonolojilerinin gelişmesi ile birlikte içten yanmalı motorların geliştirilmesinde çok önemli rol oynamaktadır. Bilgisayarların donanım kabiliyetlerinin ve HAD paket programlarının gelişmesiyle birlikte motor tasarım ve uygulamalarında 3 boyutlu akış simulasyonunun önemi daha da artmıştır. HAD (hesaplamalı akışkanlar dinamiği) çok karmaşık mühendislik geometrilerindeki akış dinamiğinin yeterli doğruluk ve kabul edilebilir hesaplama maliyetleri içinde tahmin edilebilmesine olanak sağlamaktadır. Bu programlar karmaşık ve düzensiz çözüm ağları için yüksek seviye hassasiyet gerektiren ve en etkin sayısal metodolojilere sahip bir çözücü sunmaktadır. Bu çözücü, mühendislik tasarımı ve geliştirme süreçleri için aranan hızlı, etkin ve sağlam bir özellik içerir. Özellikle doğrulukları ve simulasyon zamanındaki iyileştirmeleri kullanabilmek çok etkili olmuştur. Doğruluğu etkileyen 2 önemli neden vardır. Bunlar sayısal model/ methodun doğruluğu ile matematik modelin uygunluğudur. İçten yanmalı motor silindirlerindeki akışın zamana bağımlı, üç boyutlu ve hareketli sınır koşullarına sahip olması nedeniyle sayısal veya deneysel olarak incelenmesi oldukça zordur. Bunun yanında, motor çevrimlerinde akış çoğunlukla türbülanslıdır. Bu yüzden, analiz yapmak akışın düzenli olduğu durumlardan daha zordur. STAR-CD programındaki hareketli ağ örgüsü modellenen şeklin sınırlarının zamana göre değiştiği akışkan hareketini modeller. Her zaman adımında STAR-CD tarafından hacim mesh otomatik olarak yeniden hesaplanır. Dinamik ağ örgüsünü kullanmak için başlangıc bir hacim ağ örgüsü ile hareketli sınırların tanımlanması gerekmektedir. Bu çalışmada basit bir kompresor geometrisi ile silindiri temsil eden duvardan oluşan basitleştirilmiş 2 boyutlu geometri kullanıldı. Simulasyon aksi simetrik geometride üst ölü noktadan başlayarak alt ölü noktaya kadar gerçekleştirildi. Modeller düz yüzeyli piston için farklı iki sıkıştırma oranındaki geometrilerden oluşturuldu. Modellerde RNG ve k- türbülans modelleri kullanıldı. Ayrıca, her iki modelden elde edilen sonuçlar Lazer Doppler Anemometre ile elde edilmiş deneysel sonuçlarla karşılaştırıldı. Sonuçta, turbülans modelinin karşılaştırma yapılan çoğu noktada RNG turbulans k- turbülans modelinden daha iyi ortalama eksenel hız ve türbülans çalkantı profilleri verdiği gözlendi.

COMPUTATIONAL MODELING OF COLD FLOW CHARACTERISTICS OF A SINGLE CYLINDER INTERNAL COMBUSTION ENGINE USING THE DYNAMIC MOVING MESH With the advancement of computer technologies and understanding basic phenomena, 3-D CFD simulation has played more and more important role in the internal combustion (IC) engine development. The importance of the numerical simulation of 3-dimensional flow phenomena in engine design and applications has increased due to the recent improvements of the computer hardware capacities as well as the simultaneous improvement of the CFD/ CAE-tools. The available CFD codes enable to predict the fluid dynamic processes even in complex geometries to a sufficient degree of accuracy and at acceptable computational costs. Two important aspects of a 3-D simulation are the accuracy and turn-over time of simulation. The accuracy is affected by two parts. One is numerical model/ method accuracy. Another one is the computational fidelity. Fluid flow within internal combustion engine cylinders is extremely complex to analyse numerically or experimentally due to having time-dependent and three dimensional charecteristics with moving boundaries. Moreover, the flow is mostly turbulent in engine cycles, so, making analysis is very difficult, than if it were laminar flow. The dynamic mesh model in Star-cd can be used to model flows where the shape of the domain is changing with time due to motion on the domain boundaries. The update of the volume mesh is handled automatically by Star-cd at each time step based on the new positions of the boundaries. To use the dynamic mesh model, you need to provide a starting volume mesh and the description of the motion of any moving zones in the model. For this work a simplified 2D geometry will be used, consisting of a simple compressor geometry, the bottom wall of which represents the piston. Simulation performed starting from TDC position (i.e. CA =0 0) to the end of the compression stroke (i.e. CA=3600) in an axsymmetry geometry. These models is created with two different compression ratios with flat-top piston cases. RNG and k-e turbulence models are used for these models. Results of both models were also compared with the Laser Doppler Anemometry measurements. . It was obtained that the RNG turbulence model produced better axial mean velocity and turbulence intensity profiles in most of the locations than did k-e model.
Keywords: İçten Yanmalı Motorlar; Makine Mühendisliği