ÜSAME DEMİR, Ömer Mustafa GÖBELOĞLU, Hakan S. SOYHAN, EKREM BÜYÜKKAYA

Bir HCCI motorun 0-boyutlu yanma analizi

Bu çalışmada, homojen karışımlı sıkıştırma ile ateşlemeli (HCCI) bir motorda yanma analizi yapılmıştır. Analizde, sıfır boyutlu yanma ve kimyasal mekanizma analizi yapılabilen Chemkin-Pro programı kullanılmıştır. Analiz sonuçları Shell araştırma merkezinde yapılan deney sonuçları ile doğrulanmıştır. Chemkin-Pro ile deneysel ortamlarda elde edilen veriler kullanılarak üretilen mekanizmalar ile değişik durumlara ait analizler hızlı bir şekilde yapılabilmektedir. Motor içerisindeki yanmanın analizini yapabilmek için hazırlanmış kimyasal kinetik mekanizmalar mevcuttur. Analizlerde deneysel motorda test edilen PRF yakıta uygun iki adet kimyasal kinetik mekanizma kullanılmıştır. Aynı yakıt için geliştirilen iki farklı kimyasal mekanizmanın deneysel sonuçlara olan yakınlıklarına göre performansları incelenmiştir. Ayrıca diğer bir performans kriteri olarak çözücülerin ve mekanizmaların toplam analiz süresine etkileri de incelenmiştir. Analiz sonuçları, deneysel olarak mevcut olan basınç değerleri ile kıyaslanmıştır. Chemkin-Pro programında detaylı piston modellemesi olmadığından dolayı deneysel basınç değerleri ile analiz sonuçları arasında farklılıklar görülmüştür. Deneysel olarak elde edilen CO, CO2 ve O2 yanma sonu ürünleri de analiz sonuçları ile kıyaslanmış ve çok yakın sonuçlar elde edilmiştir. Deneysel olarak elde edemediğimiz sıcaklık ve yakıt değerleri için kimyasal kinetik mekanizmalar arasında kıyaslama yapılmıştır

Zero dimensional combustion analysis of an HCCI engine

In this study, experimental results from a homogenous charge compression ignition (HCCI) engine fueled with PRF- 85 (85% iso-octane and 15% n-heptane) were used to zero dimensional. In this study, combustion analysis of homogenous charge compression ignition (HCCI) engine are examined. In the analysis, chemkin-pro software was used which can analysis 0-D combustion and chemical mechanism. Anlysys results are compared with the results of Shell research center. With the help of Chemkin-Pro, results of experiments and various combination mechanisms results can be easily compared. Prepared chemical kinetic mechanisms exist in order to make the analysis inside the engineer. Two chemical kinetic mechanism which is compatible to PRF fuel are used inside the experimental engine. Two different chemical which were developed for the same fuel are examined based on performance similarities on the experiments. Besides, effect of solvents and mechanism on total analysis time are also studied as performance criteria. Analysis results are compared with the existing experimental the pressure values. Since there is not a piston modeling inside the Chemkin-Pro, differences between experimental pressure values and analysis results are observed. Experimentally obtained combustion products of CO, CO2 ve O2 are also compared with the analysis results and similar results are observed.Temperature and fuel results which can not be obtained via experimentally are compared with the kinetic mechanisms.

PDF

___

[1] J.C.G. Andrae, T. Brinck and G.T. Kalghatgi, HCCI experiments with toluene reference fuels modeled by a semidetailed chemical kinetic model, Combustion and Flame, vol. 155, December, pp. 696-712, 2008 [2] http://www.reactiondesign.com adresinden ulaşılabilir. [3] H.S. Soyhan, F. Mauss and C. Sorusbay, Chemical Kinetic Modelling of Combustion in Internal Combustion Engines Using Reduced Chemistry ,Combustion Science and Technology ,Vol. 174, Pages 73-91, 2002 [4] H. Karadeniz, H.S. Soyhan, C. Sorusbay, "Reduction of large kinetic mechanisms with a new approach to the necessity analysis method" ,Combustıon And Flame ,Cilt 159 , Pages 1467- 1480, 2012 [5] W. Easley, A. Agarwal, and G. Lavoie, "Modeling of HCCI Combustion and Emissions Using Detailed Chemistry," SAE Technical Paper 2001- 01-1029, 2001 [6] M. Oguma, S. Goto, K. Oyama, K. Sugiyama, "The Possibility of Gas to Liquid GTL as a Fuel of Direct Injection Diesel Engine," SAE Technical Paper 2002-01-1706, 2002 [7] T. Løvås, F. Mauss, C. Hasse, and N. Peters, "Modeling of HCCI Combustion Using Adaptive Chemical Kinetics," SAE Technical Paper 2002- 01-0426, 2002 [8] M. Elkelawy, Z. Yu-Sheng, H. El-Din and Y. Jing-zhou, "A comprehensive Modeling Study of Natural Gas HCCI Engine Combustion Enhancement by Using Hydrogen Addition," SAE Technical Paper 2008-01-1706, 2008 [9] J. Zheng, J.A. Caton Use of a single-zone thermodynamic model with detailed chemistry to study a natural gas fueled homogeneous charge compression ignition engine Energy Conversion and Management, Volume 53, Issue 1, January ,Pages 298-304, 2012 [10] J. Zheng J., J.A. Caton, Effects of operating parameters on nitrogen oxides emissions for a natural gas fueled homogeneous charged compression ignition engine HCCI: Results from a thermodynamic model with detailed chemistry , Applied Energy, Volume 92, April ,pp 386-394, 2012 [11] U. Demir, N. Yılmaz, G. Coşkun, H.S. Soyhan, Evaluation of zero dimensional codes in simulating IC Engines Using Primary Reference Fuel , Applied Thermal Engineering, Volume 76, Februaray, Pages 18-24, 2015 [12] A. Turkcan, A.N. Özsezen, M. Çanakcı, G. Coşkun, H.S. Soyhan, U. Demir, An Experimental and Modeling Study to Investigate Effects of Two Stage Direct Injection Variations on HCCI Combustion, Combustion Science and Technology, Volume 187, Issue 4, April, Pages 642-658, 2015 [12] H.S. Soyhan, Performance of a homogeneous charge compression ignition engine fuelled with gasoline, International Journal of Vehicle Design, Volume 59, Pages 223-233, 2012 [14] C.J. Montgomery, D.A. Swensen, T.V. Harding, M.A. Cremer, M.J. Bockelie A computational problem solving environment for creating and testing reduced chemical kinetic mechanisms Advances in Engineering Software, Volume 33, Issue 2, February, Pages 5970, 2002 [15] T. Tsurushima A new skeletal PRF kinetic model for HCCI combustion, Proceedings of the Combustion Institute, Volume 32, Pages. 2835 2841, 2009 [16] M. Mehl, W.J. Pitz, C.K. Westbrook, H.J. Curran Kinetic modeling of gasoline surrogate components and mixtures under engine conditions, Proceedings of the Combustion Institute, Volume 33, Pages 193200, 2011