Homojen karışımlı sıkıştırma ateşlemeli bir motorun (HCCI) tek bölgeli modelleme yönetmi kullanılarak analizi

Abstract

HCCI, iyi bir şekilde karıştırılmış yakıt ve havanın kendiliğinden ateşlenme noktasına kadar sıkıştırıldığı bir içten yanma şeklidir. HCCI hem homojen karışımlı buji ateşlemeli (SI) ve hem de heterojen karışımlı sıkıştırma ateşlemeli (CI) yanmanın iyi özelliklerini içerme potansiyeline sahiptir. HCCI motorda SI motorda olduğu gibi yakıt ile hava karıştırılmakta fakat SI motordaki buji ile ateşlemenin yerine sıkıştırma esnasında karışımın basınç ve sıcaklığı, CI motorda olduğu gibi, kendiliğinden tutuşacak noktaya kadar yükseltilerek tutuşma olayı kendiliğinden gerçekleşmektedir. HCCI motorda karışım genellikle çok fakir ve oldukça seyreltilmiş olduğundan, ortalama maksimum basınç SI motora kıyasla çok daha düşük olmaktadır. Bunun sonucu olarak, HCCI motorlar çok düşük azot oksit emisyonları (NOx), yüksek verim ve ihmal edilebilir seviyelerde partikül madde emisyonlarına sahip olmaktadırlar.Sıfır-boyutlu modeller, parametrik HCCI motor çalışmalarında en yaygın olarak kullanılan modellerdir. Sıfır-boyutlu HCCI modelleri tek veya çok bölge içerebilirler. Bununla birlikte, en basit yaklaşım yanmış ve yanmamış gaz içeren tek bölge yaklaşımıdır. Bu tip sıfır-boyutlu modellerde yanma olayı Wiebe fonksiyonu ile tanımlanabilir.Bu tezde, tek silindirli bir Ricardo Hydra motoru tek bölge yaklaşımı kullanılarak modellenmiştir. Analiz çalışmalarında SPICE (Simulated Petrol Internal Combustion Engine) yazılımının modife edilmiş bir versiyonu olan TRICE kullanılmıştır. Yanma analizlerinde, HCCI yanma modellerinde standart Wiebe fonksiyonu kullanımının maksimum silindir basıncının yüksek olarak tahmin edilmesi sonucunu doğurması nedeniyle, standart Wiebe fonksiyonunun modife edilmiş bir şekli olan Double-Wiebe fonksiyonu kullanılmıştır. Analizler, iki farklı yakıt için üç hava fazlalık katsayısı değerinde gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar Shell Araştırma Merkezine ait motor test laboratuvarında ölçülen deneysel verilerle karşılaştırılmıştır.

HCCI is a form of internal combustion in which wellmixed fuel and air are compressed to the point of autoignition. HCCI has characteristics of both of homogeneous charge spark ignition (SI) and stratified charge compression ignition (CI), and has the potential to combine their best properties. The fuel and oxidizer are mixed together as in SI engines but instead of a spark plug to ignite the mixture, the pressure and temperature of the mixture are raised by compression until the entire mixture reacts simultaneously as in CI engines. Because the mixture is usually very lean and strongly diluted, the average peak temperature is much lower than that of the SI process. As a result, HCCI engines have extremely low levels of nitrogen oxide emissions (NOx), high efficiency and negligible amount of particulate matter formation.Zero-dimensional models are the most commonly used tools for parametric studies associated with HCCI engine. Zero-dimensional HCCI models can contain single or multi zones. However, the simplest approach is for a single zone containing burned and unburned gas. Within this type of zero-dimensional model, combustion progress can be described by a Wiebe function.In this thesis, a single cylinder Ricardo Hydra engine modelled by using single-zone method. In the analysis, a modified Shell SI engine code called TRICE was used. This code is a modified version of SPICE (Simulated Petrol Internal Combustion Engine) and modified for HCCI engine. In the combustion analysis, a modified Wiebe function called double-Wiebe function is used since standard Wiebe-function tend to over-predict the peak cylinder pressure in HCCI combustion models. The analses are performed for two types of fuels with three excess air ratios and the results are compared to the experimental data measured in the engine test laboratuary of Shell Research Centre.