Design of a heavy duty diesel engine using three dimensional computational fluid dynamics and emissions analysis

Bu çalışmada öncelikle Bir Boyutlu (1B) 12 silindirli ağır vasıta bir Diesel motorun tam yükleme durumu düşünülerek tasarımı, performans ve emisyon analizleri yapılmış, motorun performans eğrisi elde edilmiştir. Bir Boyutlu analizden elde edilen ilk koşullar kullanılarak emme valfinin kapandığı andaki basınç ve sıcaklık değerleri Üç Boyutlu (3B) CFD analizinde kullanılmış ve tek bir silindir için akış analizi yapılmıştır. Hem 1B hem de 3B CFD analizinden elde edilen silindir içindeki ortalama sıcaklık ve basınç değerlerinin karşılaştırılması yapılmış, sonuçların birbirine yakın olduğu gözlenmiştir. Üç Boyutlu akış analizinde öncelikle farklı hücre sayıları için ağ yapısı analizi yapılmıştır. Daha sonra sırasıyla farklı türbülans ve yanma modellerinin sonuçlar üzerindeki etkisi incelenmiştir. Üç Boyutlu CFD akış analiz programı olarak AVL Fire EseDiesel modülü kullanılmıştır. Özellikle ECFM-3Z (Extended Coherent Flame Model-Three Zone) yanma modeli ile k-?-f türbülans modellerinin verdiği sonuçlar incelenmiş ve gerçeğe uygunluğu yorumlanmıştır. Son olarak kısmi yükleme ve tam yükleme durumları ile enjeksiyon zamanının yanmaya olan etkileri araştırılmıştır.In this study, first a one dimensional (1D) 12-cylinder, HDDE, Heavy-Duty Diesel Engine, is designed and performance and emissions analyses are carried out. The engine performance curve is obtained. At the time inlet valve closure, pressure and temperature values obtained from 1D analysis are used as initial conditions for the Three Dimensional (3D) CFD analysis for a single cylinder. One dimensional and 3D results for average temperature and the pressure in the cylinder are compared. It is observed that they both give similar results. For 3D flow analysis, the refined mesh results for different cell sizes are compared. The effect of different turbulence and combustion models are investigated respectively. AVL Fire EseDiesel module is used as the 3D CFD flow analysis. Especially ECFM-3Z (Extended Coherent Flame Model-3 Zone) combustion model and k-?-f turbulence models are examined and the accuracy of the results are interpreted. Finally, the partial load and full load conditions and the effects of injection timing on combustion are investigated