Numerical analysis of the effects of hydrogen enrichment on gasoline engines
Hidrojen zenginleştirilmesinin benzinli motorlar üzerindeki etkilerinin sayısal analizi
- Tez No: 969576
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KASIM TOPRAK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Enerji, Mechanical Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
ANSYS Fluent 2024 R1'de dört zamanlı kıvılcım ateşlemeli bir motorun iki boyutlu bir kesitine entegre bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ve kimyasal kinetik çerçevesi uygulanarak, 2000 dakikadaki devir sayısında (rpm) 360o –1080o krank açısı (KA) döngüsü boyunca silindir içi yanma ve emisyonlar üzerinde hidrojen zenginleştirmesinin (%0, %5, %10, %20, %30 hacimce) silindir içi yanma ve emisyonlar üzerindeki etkilerini araştırmak için uygulanmıştır. Yakıt olarak tanımlanan 54 tür ve 269 reaksiyondan oluşan bir CHEMKIN mekanizması benzin yerine ikame yakıt olarak n-heptan karakterize edilmiştir. Türbülans (k-ε ve k-ω) ve radyasyon modelleri (P1 ve Rosseland) karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, hidrojen içeriğindeki artışın, silindir içi sıcaklıkların zirve değerlerinde ve hız zirvelerinde karşılık gelen bir artışa neden olduğunu göstermektedir. CO ve kurum emisyonları sırasıyla %70 ve %43'ün üzerinde azalırken, yüksek yanma sıcaklıkları nedeniyle termal NOₓ emisyonlarında yaklaşık %85 artış görülmüştür. K-ε ve Rosseland modeli, incelenen koşullar altında türbülanslı karışma ve radyasyon kayıplarını en iyi şekilde temsil ettiği belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar ayrıca, %20 H2 karışımının CO ve kurumda neredeyse optimal bir azalma sağlarken, NOₓ'da kabul edilebilir bir artışa neden olduğunu ve bunun yanma verimliliğindeki artış ile emisyon dezavantajları arasında iyi bir denge sağladığını göstermektedir. Bu tezin sonuçları, motorlarda H2 benzin çift yakıt stratejileri için nicel göstergeler sunmakta ve ayrıca hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) tahminleri için doğru fiziksel modellerin seçimini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
An integrated computational fluid dynamic (CFD) and chemical kinetics framework is applied to a two dimensional section of a four stroke spark ignition (SI) engine in ANSYS Fluent 2024 R1 to investigate the effects of H₂ enrichment (0 %, 5 %, 10 %, 20 %, 30 % by volume) on in-cylinder combustion and emissions over a full 360o –1080o crank angle (CA) cycle at 2000 revolutions per minute (rpm). A CHEMKIN mechanism of 57 species and 269 reactions defined as fuel, characterizes gasoline as a surrogate fuel. Turbulence closures (k-ε & k-ω) and radiation treatments (P1 & Rosseland) are compared. The results obtained demonstrate that an increase in H2 content results in a corresponding increase in peak in cylinder temperatures and velocity peaks. The CO and soot emissions are reduced by over 70% and 43%, respectively, while there is an approximate 85% increase in thermal NOₓ emissions due to elevated combustion temperatures. The k-ε model and the Rosseland approximation are determined to best represent turbulent mixing and radiative losses under the studied conditions. The results also show that a 20% H₂ blend results in almost optimal reduction of CO and soot with an acceptable increase in NOₓ that is a good balance of the combustion efficiency improvement and emission disadvantages. The results of this thesis give quantitative indications for H₂ gasoline dual fuel strategies in engines and also reveal the choosing the correct physical models for accurate CFD predictions.
Benzer Tezler
- Mini gaz türbinli motorda hidrojen ve biyogaz ilavelerinin jet yakıtının yanma ve emisyon performansına etkisinin sayısal incelenmesi
Numerical investigation of the effect of hydrogen and biogas additions on the combustion and emission performance of jet fuel in a mini gas turbine engine
HÜSAMETTİN ALPEREN ALABAŞ
Doktora
Türkçe
2024
Uçak MühendisliğiErciyes ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLGE ALBAYRAK ÇEPER
- Investigating the effects of hydrogen enrichment in a partially premixed methane-air flame
Kısmi karışımlı metan-hava alevinde hidrojen zenginleştirmesinin etkilerinin incelenmesi
MEHMET KAĞAN ADIGÜZEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE GÜL GÜNGÖR
- Investigation of the effects of alternative fuel use on performance and emissions in a compression ignition (CI) diesel engine
Sıkıştırmalı ateşlemeli bir dizel motorda alternatif yakıt kullanımının performans ve emisyon değerleri üzerindeki etkilerinin araştırılması
FERHAT EKİN
Doktora
İngilizce
2024
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN AZMİ ÖZSOYSAL
DR. ÖĞR. ÜYESİ HİKMET ARSLAN
- Impact of hydrogen addition on combustion characteristics in a swirl-stabilized partially premixed combustor
Gırdaplayıcı içeren kısmi karışımlı yanma odasına hidrojen ilavesinin yanma karakteristiklerine etkisi
TUĞBA KARASU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞE GÜL GÜNGÖR
- Experımental and numerıcal analysıs of premıxed flame characterıstıcs ın hydrogen enrıched LPG combustıon
Hidrojenle zenginleştirilmiş LPG yanmasında ön karışımlı alev özelliklerinin deneysel ve sayısal analizi
RABEEA MOHAMMED GHAZAL AL-AFFAS
Doktora
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULRAZZAK AHMED SALEH AKROOT