Turbulent flame propagation in a methane fuelled spark ignition engine
Metan yakıtlı kıvılcım buji ateşlemeli bir motorda türbülanslı alev gelişimi
- Tez No: 713903
- Danışmanlar: PROF. DR. CHRIS G.W. SHEPPARD
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Otomotiv Mühendisliği, Energy, Automotive Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1998
- Dil: İngilizce
- Üniversite: University of Leeds
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Termodinamik ve Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 246
Özet
Bu tezde, metan yakıtlı buji ateşlemeli bir motorda türbülanslı alev yayılımının deneysel çalışma sonuçları açıklanmıştır. Deneysel çalışma, optik, iki zamanlı benzinli bir motorun metanla çalışacak şekilde dönüştürülmesini içermektedir. Tipik motor çevrimlerinin anlık gelişimleri, mie yayılma yöntemi olarak bilinen iki boyutlu lazer ışık tabakası görüntüleme tekniği kullanılarak gözlemlenmiştir. Deneysel çalışmalar, stokiyometrik ve fakir metan-hava karışımları için, merkezden, orta radyustan ve kenardan ateşleme, girdapsız ve girdaplı akış koşulları gibi çeşitli motor çalışma şartlarında gerçekleştirilmiştir. Motor 1500 dak-1 devirde çalıştırılmıştır. Silindir içi akış alanını karakterize etmek için parçacık görüntü hız ölçeri (PIV) tekniği de ön çalışma olarak uygulanmıştır. Alev görüntüleri dijitalleştirilerek, Fourier analizine ve güç spektral yoğunluk (PSD) fonksiyonuna dayalı spektral analiz ve yeni geliştirilmiş“çakışan frekanslar”yöntemleri kullanılarak analiz edilmiştir. İkinci yaklaşım, adacık ve ceplerin de dahil olduğu“parçalanmış”alev görüntülerinin analiz edilmesine imkan sağlamıştır. Alev yapısı ve yüzey kıvrımlılığı ile ilgili ölçekler (örneğin, toplam uzunluk ölçeği, türbülanslı alev fırça kalınlığı ve şekil faktörü gibi) araştırılmıştır. Metanla çalışan motordan alınan veriler, izo-oktanla çalışan motorun verileri ile karşılaştırılmıştır. Deneysel sonuçlar, belirli bir ortalama alev yarıçapındaki yerel alev kıvrımlılığının çevrimden çevrime benzer olduğunu göstermiştir. Alev gelişiminde görülen çevrimler arası değişimlerin, alev yüzey geometrisindeki büyük ölçekli bozulmalarla ilişkili olabileceği tespit edilmiştir. Girdaplı akış şartları altında, girdapsız silindir içi akış şartlarına göre daha düşük maksimum basınçlar ve daha yavaş (veya benzer) yanma hızları ölçülmüştür. Bu durumun, silindir içi akışı karakterize etmek için yapılan PIV ölçümleri sırasında tespit edilen“çift girdap”yapısı ile ilişkili olabileceği düşünülmüştür. Stokiyometrik koşullar altında, alev kıvrımlılığı ile ilgili parametrelerde benzerlik görülmesine rağmen, metanla çalışan motor güç çıkışının izo-oktanla çalışan motorun güç çıkışına kıyasla %14 azaldığı bulunmuştur. Fakir karışım şartları için, metan alev gelişiminin erken safhalarında küresel alev yapısında önemli ölçüde şekil faktörü cinsinden ölçülmüş bozulmanın olduğu belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Described in this thesis are the results of an experimental study of turbulent flame propagation in a methane fuelled spark ignition engine. The experimental study involved conversion of an optically-accessed two-stroke gasoline engine to run on methane. The temporal development of individual cycles was observed using a two-dimensional mie scattering laser sheet imaging technique. Various engine operating conditions have been investigated, for stoichiometric and lean methane-air mixtures, under“quiescent”and swirling flow conditions with central, mid-radius and side wall ignition. The engine was operated at 1500 rpm. A preliminary particle image velocimetry (PIV) technique has also been applied to characterise the in-cylinder flow field. The images were binarised and analysed using a spectral analysis method based on Fourier analysis and the power spectral density (PSD) function, employing a newly developed“crossing frequency”method. The latter approach allowed more“fragmented”flame images to be analysed, inclusive of islands and pockets. Flame structure and wrinkle scales (e.g. integral length scale of flame wrinkling, turbulent flame brush thickness and shape factor) have been investigated. Data for methane engine fuelling have been compared with those for iso-octane. Experimental results suggested that cyclic variation in flame development may be associated with large scale distortion of the flame front, since the local flame wrinkling (at a given mean flame radius) proved similar from cycle to cycle. Under mixture swirling conditions, lower peak pressures and slower (or similar) burning speeds were noted c.f. those for quiescent conditions. This may be associated with bulk flow fields having a“double-vortex”structure, suggested by the preliminary PIV measurements. Under stoichiometric conditions, power output decreased by 14% for methane vis á vis iso-octane fuelling, although flame front wrinkling characteristics proved similar. For the lean cycles, considerably more flame“distortion”(quantified in terms of shape factor) was apparent in the early stages of flame development with methane.
Benzer Tezler
- Numerical and experimental study of turbulent jet ignition method on wankel engine with passive pre-chamber
Türbülanslı jet tutuşturma yönteminin wankel motorunda pasif ön yanma odası ile numerik ve deneysel çalışması
HARUN DİLLİCE
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN AKIN KUTLAR
- Hidrokarbonların detonasyonu
Detonation hydrocarbons
SEHER ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. A. KORHAN BİNARK
- Numerical simulation of laminar reacting flows
Kargaşasız reaksiyonlu akışların sayısal benzetişimi
TANIL TARHAN
Doktora
İngilizce
2004
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN SELÇUK
- Dikdörtgensi bir kanal ile kuşatılmış silindirik bir çubuk üzerinde sabitlenmiş önkarışımlı laminer alevin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of a premixed laminar flame stabilized on a cylindrical rod confined in a rectangular duct
GÖRKEM ÖZTARLIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Havacılık MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SITKI USLU
PROF. DR. THIERRY POINSOT
- Optik silindir kafası tasarımı ve imalatı
Design and manufacturing of optics cylinder head
HABİB GÜRBÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Makine MühendisliğiDumlupınar ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. DİNÇER BURAN