Title KVAZIDIMENZIJSKI MODEL ZA NUMERIČKE SIMULACIJE BRODSKOGA DVOTAKTNOGA DIZELSKOG MOTORA Title (english) QUASIDIMENSIONAL MODEL FOR NUMERICAL SIMULATIONS OF MARINE TWO-STROKE DIESEL ENGINE Author Vedran Mrzljak Mentor Vladimir Medica (mentor)Committee member Tomislav Mrakovčić (predsjednik povjerenstva)Committee member Vladimir Medica (član povjerenstva)Committee member Tomislav Senčić (član povjerenstva)Granter University of Rijeka Defense date and country 2015-04-17, Croatia Scientific / art field, TECHNICAL SCIENCES Universal decimal classificationUDC ) 621 - Mechanical engineering. Nuclear technology. Machinery Abstract U doktorskoj disertaciji razvijen je kvazidimenzijski (QD) model izgaranja koji je uspješno implementiran u postojeći nultodimenzijski (0D) numerički model. U odnosu na slična znanstvena istraživanja dizelskih motora s unutarnjim izgaranjem, razvijenim kvazidimenzijskim modelom napravljena su brojna poboljšanja u području matematičkog modeliranja.
Prvenstveno, razvijeni numerički model prati radne parametre dizelskog motora u trenutku kada se oni mijenjaju, dakle izračun tlaka i temperature kao
... More osnovnih varijabli svake numeričkesimulacije u tom se slučaju vrši izravno, bez primjene iteracijskih postupaka. Kod numeričkih podmodela koji su sastavni dijelovi kvazidimenzijskog numeričkog modela uočen je veliki broj eksperimentalno određenih konstanti koje vrijede za jedan modelirani dizelski motor odnosno nemaju širu primjenu. U disertaciji je predstavljen ispravak tih konstanti. Konstante sada omogućuju točnije simuliranje promatranih pojava i vrijede za čitav raspon
dizelskih motora s unutarnjim izgaranjem. U ovoj se disertaciji koriste svojstva realnih para i plinova za termodinamičke proračune u cilindru motora, što čini matematički model iznimno kompleksnim. Kako se koriste svojstva realnog, a ne idealiziranog radnog medija, bilo je nužno smanjiti korak integracije unutar uobičajenog koraka integracije, koji koriste ostali autori u istraživanjima na temu kvazidimenzijskog modeliranja. Takav zahtjev stvara dodatnu komplikaciju, jer nužno zahtijeva drugačiji način definiranja kontrolnih volumena (paketa), koji nastaju u cilindru dizelskog motora, prema postavkama kvazidimenzijskog modeliranja. Predstavljeno rješenje tog problema ne samo da čini matematičku shemu stabilnom i robusnom već ne usporava proračun, a dobiveni rezultati simulacija su vrlo točni i precizni u odnosu na provedena mjerenja istih radnih
parametara na realnom motoru. Kako bi se numerički model validirao, izvedena su mjerenja na dizelskom motoru MAN D 0826
LOH15 u Laboratoriju za toplotne batne stroje Fakultete za strojništvo, Univerze v Ljubljani. Budući da je razvijeni numerički model pokazao dobra poklapanja s izmjerenim vrijednostima, prikazani su i brojni drugi radni parametri ispitivanoga motora koje bi bilo teško ili nemoguće izmjeriti na stvarnome motoru. Numeričko modeliranje omogućuje simulaciju različitih radnih parametara motora, uz prihvatljivu točnost i preciznost, kao i uz prihvatljivi vremenski raspon potreban za izvršenje simulacije.
U konačnici, razvijeni kvazidimenzijski model prilagođen je za simulaciju brodskoga sporohodnoga dvotaktnog motora. Izvršene su simulacije i uspoređene s dostupnim mjerenjima. I u tom slučaju dobivena su vrlo dobra poklapanja izmjerenih vrijednosti u odnosu na one izračunate simulacijom. Less Abstract (english) In doctoral thesis, quasidimensional (QD) combustion model was developed, and successfully implemented in existing zerodimensional (0D) numerical model. Compared to another similar scientific researches of diesel internal combustion engines, with developed quasidimensional model, a number of improvements in the field of mathematical modeling were made. Primarily, the developed numerical model monitors the operating parameters of the diesel engine at the moment when they are changing, therefore
... More the calculation of pressure and temperature as the basic variables of each numerical simulation, in this case is performed directly, without using iterative methods. In numerical sub models which are integral parts of the quasidimensional numerical model, there was observed a large number of experimentally determined constants which are valid for certain modeled diesel engine, respectively, they have a narrow application. In this thesis a correction of
these constants was presented. Constants now enable more accurate simulation of the observed phenomena, and they are valid for the whole range of diesel engines. In this thesis are used properties of real gases and vapors for thermodynamic calculations in the engine cylinder, which makes that the mathematical model is extremely complex. Because of real, not an idealized working fluid properties, it was necessary to reduce the integration step, within usual integration step, used by other authors in their quasidimensional modeling research. This requirement creates an additional complication, because it necessarily requires a different way of defining volumes, for volumes generated in diesel engine cylinder, according to the
quasidimensional modeling settings. Presented solution of this problem, not only makes the mathematical scheme stable and robust, but does not slow down the simulations, and the obtained results are very accurate and precise in relation to the measurements of the same operating parameters on a real engine. For numerical model validation, measurements were performed on diesel engine MAN D 0826 LOH15 in the Laboratory for Internal Combustion Engines, Faculty of Mechanical Engineering, University of Ljubljana. Since the developed numerical model showed good matching with measured values, there are shown a number of other operating parameters of the tested engine which would be difficult or impossible to measure on the real engine. Numerical modeling allows simulation of various engine operating parameters, with acceptable accuracy and precision, and an acceptable time span required for a simulation execution. Finally, developed quasidimensional model is adapted for simulation of the ship's slow speed two-stroke engine. Simulations were performed and compared with available measurements. Also in this case, very good matching of the measured values compared to those calculated by simulation were obtained. Less Keywords
nultodimenzijski (0D) numerički model
kvazidimenzijski (QD) numerički model
izgaranje
izmjena topline
dizelski motor
Keywords (english)
zerodimensional (0D) numerical model
quasidimensional (QD) numerical model
combustion
heat exchange
diesel engine
Language croatian URN:NBN urn:nbn:hr:190:170449 Study programme Title: Postgraduate university (doctoral) study Type of resource Text File origin Born digital Access conditions Open access Terms of use Created on 2016-03-04 08:56:09
