Motor Alevi Gelişiminde Türbülans Parametreleri ve Basınç Değişimleri Arasındaki İlişkinin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, farklı motor çalışma koşulları altında, silindir içerisindeki türbülansın alev gelişimi ve basınç artışı üzerindeki etkisinin araştırılması amaçlanmıştır. Çalışmada tek silindirli, buji ateşlemeli, optik silindir kafasına sahip bir motordan, düzlemsel ışık tabakası tekniği uygulanarak 1500 dak-1 motor devrinde 0,1 milisaniye aralıklarla çekilmiş stokiyometrik metan-hava karışımına ait alev gelişim fotoğrafları kullanılmıştır. Görüntü işleme teknikleri kullanılarak, metan alev fotoğraflarına ait alev konturları elde edilmiştir. Alev kontur verilerine spektral analiz metodu uygulanarak, alev yüzeyindeki kıvrımlığın matematiksel çözümlemesi yapılmıştır. Yapılan analizler neticesinde aleve ait toplam uzunluk ölçeği, alev fırça kalınlığı ve ortalama alev yarıçapı ölçülmüştür. Ayrıca görüntülerle eş zamanlı olarak ölçülmüş basınç verilerinden, indike ortalama efektif basınç ve yanmış kütle oranı değerleri hesaplanmıştır. Elde edilen türbülans parametreleri ve basınca bağlı parametreler, iki farklı emme portu bağlantı açısı (0o ve 40o girdap) ve iki farklı buji konumu (merkezden ve orta radyüsten ateşleme) için krank açısına bağlı olarak karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, silindir içerisinde oluşturulan girdap’ın, silindirdeki akışkanın türbülans şiddetini artırdığı dolayısıyla alev fırça kalınlığını da artırarak yanmayı hızlandırdığını göstermiştir. Sonuçlar; ayrıca silindir içerisinde ortaya çıkan eddylerin yapıları (şiddetleri ve büyüklükleri) ve bujiye göre konumlarının yanma süreçleri açısından oldukça önemli olduğunu ortaya çıkarmıştır. Basınç verilerindeki atımlarla türbülans parametrelerindeki değişimler arasında da bir ilişki olduğu tespit edilmiştir

Keywords

• Alev fırça kalınlığı, Buji konumu, Girdap, Toplam uzunluk ölçeği, Türbülans

The Investigation of the Correlation between Turbulent Parameters and Pressure Variations during Engine Flame Development

Abstract

The objective of this study was to investigate the effects of turbulence in cylinder on flame and pressure development under various engine running conditions. In the study, mie scattered laser sheet methane-air flame images, captured from a single cylinder optically accessed spark ignition engine operated at 1500 rpm, were used. The time between frames was 0,1 milliseconds. Contours of methane flames were subtracted from images using visualization techniques. A mathematical treatment of wrinkles of flame surface was predicted applying the spectral analysis method to the samples of flame contours. Integral length scale, flame brush thickness and mean flame radius were measured from the spectral analysis of flame images. In addition, indicated mean effective pressure and mass fraction burned values were calculated from the pressure data measured simultaneously with flame images. Turbulent parameters and pressure related parameters were than compared depending on crank angle for the engine running conditions of two different swirling flow conditions (0o and 40o swirl ports) and two different spark plug location (central and mid-radius ignition). Findings showed that the swirl created in cylinder had an effect of increasing the turbulent intensity of fluids, thereby accelerating the combustion speed by means of increasing the turbulent flame brush thickness. Results also showed that the eddy structures (by means of their intensity and scale) appeared in cylinder and their positions with respect to the spark plug were quite important in terms of combustion phases. A relationship was also found between pulses in pressure data and variations in turbulent parameters

Keywords

• Flame brush thickness, spark plug location, swirl, integral length scale, turbulence