Tümleşik Alev Modeli (CFM) Kullanarak Buji Ateşlemeli Bir Motorda Yanma Modelleme Çalışması

Abstract

Tek silindirli buji ateşlemeli bir motorda, akış hareketi ve yanma karakteristiğini görselleştirmek amacıyla sayısal bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Star CD/es-ice tarafından sağlanan RANS (Reynolds Ortalamalı NavierStokes) ve tümleşik alev modeli (Coherent Flame Model - CFM) modelleri kullanılarak benzinli bir motor modelinde tüm motor strokları incelenmiştir. Sıkıştırma oranının 8:1 ve motor hızının 1200 dev/dak. olduğu bir motor simüle edilmiştir. Yakıt olarak C8H18 (n-izooktan) kullanılmıştır. Sayısal simülasyonlarda, türbülanslı akış hareketini modellemek için AngelBelger duvar fonksiyonları ile beraber k-? RNG türbülans modeli seçilmiştir. Simülasyonlar boyunca statik ateşleme avansı 20 KMA olacak şekilde belirlenmiştir. Tüm stroklarda silindir içi akış hareketi incelenmiştir. Özellikle, egzoz valfinin henüz açtığı zamanda bazı sayısal anormallik içeren durumlar fark edilmiştir. Küçük egzoz valfi açıklıklarında meydana gelen bu anormallikler, silindir ve egzoz portu arasındaki sıcaklık ve basınç farklarından kaynaklanmaktadır. HAD sonuçları kapsamında sıcaklık dağılımı, hız profilleri, yanmış/yanmamış yakıt konsantrasyonları verilmiştir. Egzoz stroğunda elde edilen Courant ve Mach sayıları detaylı bir şekilde incelenmiştir. Ayrıca, silindir içi basınç, sıcaklık ve ısı yayılım oranı gibi glabal motor parametreleri çizilmiştir. Özetle, CFM yanma modelinin kullanıldığı bu çalışmada alev ilerleme hızının beklenen değerlerden yüksek olduğu görülmüştür. Bu nedenle, silindir içinde elde edilen basınç ve sıcaklık değerleri deneysel verilerden daha yüksek olarak elde edilmiştir

In this study, a computer simulation was performed, to visualize fluid flow and combustion characteristics of a single cylinder spark ignition engine. The complete engine cycle process (inlet, compression, expansion and exhaust strokes) in gasoline engine model was investigated using RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) and CFM (Coherent Flame Model) approaches offered by Star-CD/es-ice. Simulations were done for the compression ratio 8:1 and 1200 rpm engine speed. C8H18 (iso-octane) was used as the engine fuel. In the numerical simulations to model turbulent flow field, k - ? RNG turbulence model was selected with Angelberger wall functions. Static spark advance was set at 20 CA bTDC during the simulations. Fluid flow in the cylinder was observed during all the engine strokes. Especially, just before the exhaust valve open, some numerical abnormal situations were detected. It was observed that the pressure and temperature gradients between cylinder and exhaust port caused these abnormalities at small exhaust valve lifts. Temperature distribution, velocity profiles, burnt-unburnt fuel concentrations were obtained. Courant and Mach numbers were investigated in details at the exhaust stroke. Also global engine parameters such as in cylinder pressure, temperature and heat release rates were plotted. It was observed that CFM combustion model predicts faster flame propagation speed compared to experimental ones. Due to that higher temperature and peak pressure values were obtained in the numerical simulations