Doğrudan Sayısal Simülasyonlar Yanma Verimliliğini Artırırken

Soğuk alev kavramı çelişkili gibi görünse de bu kavram dizel yanma işleminin önemli bir
unsurudur. Daha anlaşılır bir şekilde ifade edersek daha iyi motor tasarımları ile daha
yüksek verimlilik ve daha az emisyon sağlanabilir. Sandia National Laboratuvarı makine
mühendisi Jackie Chen ve meslektaşları olan Alex Krisman ve Giulio Borghesi , kısa süre
önce yakıt dimetil eterinde ateşleme sürecinin sıcaklığa bağlı özelliğinde “soğuk alev” olarak
adlandırılan yeni bir davranışı tespit etti.
Göreceli serin kavramı: Serin alev 1150oK(1610oF)’nin altında yanar ve tipik alev yanma
sıcaklığının (2200oK) yaklaşık yarısı kadar yanar. Soğuk alevler 1800’lü yılların başında
görülmüştür ancak dizel motor tasarımı için özellikleri ve kullanışlılığı açısından yakın
zaman dilimlerinde araştırılmıştır.
İnovatif Kimya Dergisi kaynak gösterilmeden paylaşılamaz.
Chen, “Ateşleme ve alev sabitleme süreçleri sırasındaki katmanlı türbülanslı jetlerde serin
alevlerin etkisini ölçmek için çalışıyoruz. Bu bilgiler daha verimli ve daha temiz yanıcı
motorlara katkıda bulunuyor.Yapmaya çalıştığımız şey türbinli karıştırma fiziğini yüksek
basınçlı ateşleme kimyasıyla birleştirerek, motor tasarımını optimize etmek için
kullanılabilecek tahmini hesaplama akışkan dinamikleri modellerini geliştirmeye yardımcı
olmaktır.” dedi.
Ekibin araştırması, yanma motorunda enjekte edilen yakıtın kendiliğinden tutuşması
sırasında serin alevlerin ateşleme çekirdeklerinin oluşumunu hızlandırdığını gösterdi .
Çalışma, tüm türbülans ölçeklerini gidermek için güçlü sayısal bir deney olan Doğrudan
Sayısal Simülasyonları kullanılarak Sandia’nın Yanma Araştırma Tesisi’nde gerçekleştirildi
ve başyazar Krisman ile birlikte Yanma Enstitüsü’nün raporlarında yayınlandı. Çalışma,
Enerji Bakanlığı (DOE) Temel Enerji Bilimleri Ofisi tarafından desteklendi.
Borghesi, dizellerde püskürtme yanması üzerine Sandia’nın Motor Yakma Ağı’nın son odak
noktası bir dizel yedek yakıt olan n-dodekan üzerinde üç boyutlu bir çalışma yaparak serin
alev araştırmasını daha da genişletti (Krisman’ın dimetil eterle yazılmış çalışması iki boyutlu
basit bir yakıttı). Hem Krisman’ın hem de Borghesi’nin çalışmaları birlikte ele alındığında,
ateşleme aşamalarını otomatik ateş düşürücü ve alevlerdeki düşük sıcaklıktaki kimyayla
ilgili kapsamlı bir çalışma oluşturulacak.
Soğuk Alevler Motor Tasarımını İyileştirebilir
Bir motorun çalıştırılmasıyla ilgili detaylar genellikle verilmektedir. Yakıt-hava karışımının
buji ile ateşlendiği bir benzinli motorun aksine yakıt, dizel motorunda pistonun üst
kısmındaki pistondaki sıcak, sıkıştırılmış havaya enjekte edildiğinde otomatik ateşlemelidir.
Yakıt motor silindirine enjekte edildiğinde hızlı karıştırma ve yanma, yakıt yakmak ve
motoru çalıştırmak için birleştirilir. Bu sadece saniyelik kesitler halinde sürse de, bu güçlü
işlemi başlatan alev şartları motor verimliliğini arttırmak ve kirlilik oluşumunu en aza
indirgemek için çok önemlidir.
Serin alev çalışmaları DOE INCITE’tan sayısal hibe veTeori ve Deney üzerinde Yenilikçi ve
Yeni Hesaplamalı Deney’i Kullanarak, 27 petaflop(Petaflop bilgisyaranın hızlı işlem yapan
bir birimidir. Bir petaflop bir milyon milyar işlemi bir saniye içerisinde yapabilir.) süper
bilgisayarı olan Titan’daki DOE Oak Ridge Leadership Computing Tesisinde yapıldı. Titan
gibi dünyanın en büyük süper bilgisayarlarını kullanan hesaplamalarda otomatik ateşleme
sürecinin hesaplamasını doğru ve ayrıntılı bir şekilde yapmak gerekiyor.
Borghesi, “Yakıtın kendisi oldukça karmaşık olduğu için yanma süreçleri incelemek zor.
Yakıt oksidasyon kimyası, yüzlerce türe ve binlerce kimyasal tepkimeye dayanmaktadır.
Dizel yakmanın gerçekçi bir simülasyonu karmaşık kimyayı türbülanslı karıştırma ve ısı
İnovatif Kimya Dergisi kaynak gösterilmeden paylaşılamaz.
transferi içeren genel bir modelde doğru bir şekilde yakalamak zorundadır.” dedi.
DOE Exascale Computing Programının bir parçası olarak ekip, (NVIDIA, Lawrence Berkeley,
Oak Ridge, Argonne ve Los Alamos ulusal laboratuarları, Ulusal Yenilenebilir Enerji
Laboratuvarı ve Stanford Üniversitesi dahil olmak üzere) dış kurumlarla Doğrudan Sayısal
Simülasyon yanma çalışmaları için hesaplama verimliliğinin performansını artırmak ve
taşınabilir algoritmalar geliştirmek için işbirliği yapmaktadır.
Takımın Odak Noktası: Hız ve Dizel Motorlarda Alevlerin Yapısı
Ekip gelecekte dizel motor koşullarında alevlerin hızı ve yapısı hakkında temel soruları
araştırmak ve çok bileşenli yakıtlarla ilgili püskürtme, buharlaştırma, ateşleme, karıştırma
ve kurum süreçleri arasındaki ilişkiyi incelemek istiyor. Bu temel sorular, motorlu enerji
üretiminde serin alevin önemli rolünü incelemeye katkıda bulunacak ve exascale süper
bilgisayarlarda çalışan Doğrudan Sayısal Simülasyonların değerli yeteneklerini son derece
kesin ve detaylı bir sayısal benzetim yöntemi olarak kullanacaktır.
Kaynak : sciencedaily.com
Yorumlar
İnovatif Kimya Dergisi kaynak gösterilmeden paylaşılamaz.