ANKARA 2015

T.C.

GAZİ ÜNİVERSİTESİ

TEKNİK EĞİTİM FAKÜLTESİ

OTOMOTİV ANABİLİM DALI

HAZIRLAYAN

ORHAN BALABAN

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM MANİFOLD AKIŞ ANALİZLERİ

4 Zamanlı 4 Silindirli Buji ile Ateşlemeli Bir Motorun

Manifold Akış Analizi

Görevi

Motordaki yanma işlemi için gerekli olan hava, emme manifoldu üzerinden emme

valfine, buradan da silindirin içine aktarılır. Motorun değişken performans ihtiyacına bağlı

olarak emme manifoldu üzerinde değişiklikler yapılabilir. Ancak bu şekilde tüm koşullarda ve

devir hızlarında silindirlerin yeteri miktarda hava ile beslenmesine imkân sağlanabilir. Bu da

çok yollu emme manifoldu sistemi ile mümkündür.

Düşük devir hızlarından olabildiğince hızlı bir şekilde yüksek devir aralıklarına

ulaşmak için uzun emme manifoldu kullanılır. Yüksek devirlerde ise optimum performans

gücünün sağlanması için daha kısa emme manifolduna ihtiyaç duyulur. Emme manifoldu,

sahip olduğu elektronik kumandalı kelebek sistemi sayesinde, düşük devir hızlarında uzun

boru üzerinden hava aktarımı sağlarken, yüksek devir hızlarında ise daha kısa boru mesafesi

sunar.

Motor sistemlerinde emme ve egzoz manifoldu olmak üzere iki çeşit manifold

bulunmaktadır. Emme manifoldunun temel görevi, gerekli ve eşit taze havayı yanma odasına

taşımaktır. Emme manifoldları bütün silindirlere üniform hava yakıt karışımını sağlayabilecek

şekilde dizayn edilirler. Eğer yanlış ölçülendirilir veya dizayn edilirse motor ihtiyaç duyulan

dolguyu alamayacaktır. Emme manifoldu temelde iki parçadan oluşmaktadır. Birincisi

plenum olup kelebek gövdesinin veya karbüratörün altındaki manifoldun giriş kısmıdır.

İkincisi ise plenumu silindirlere bağlayan runner kanallarıdır ve taze dolgunun ayrı ayrı her

bir silindire ulaşmasını sağlar.

Emme Manifoldu Tasarımı

Her bir silindirin emme işlemi süresince hacminin değişmesinden dolayı emme

manifoldu içerisinde basınç sürekli değişir. Ayrıca supap açılırken alan değişmesi, gaz

akışının düzensiz olmasına neden olur. Silindirlere alınan hava kütlesi ve buna bağlı olarak

volumetrik verim, tamamen emme supabı kapanmadan önce kısa bir periyotta emme

kanalındaki basınç değişiklikleri tarafından belirlenir.

Motorun gücü silindire alınan havanın kütlesi ile orantılıdır. Belirli bir strok hacmi ve

motor devri için silindirlere alınan havanın yoğunluğu, buna bağlı olarak motordan elde

edilecek güç, havanın silindire alınmadan önce süper şarj yöntemiyle ön sıkıştırma

yapılmasıyla artırılabilir.

Subaplar İle İlgili Hesaplamalar

Emme Subap Tablası Çapı = din

Ddin .4,0 60,77.4,0ind din = 31,04 mm

Supap sapı çapı = dst

25,0.exst ddin 25,0.04,31

instd instd = 7,76 mm

25,0.exst ddex 25,0.04,31

exstd exstd = 7,76 mm

Subapın Maksimum Kalkma Yüksekliği = hmax

4max

odh

4

4

max

max

ex

in

dh

dh

in

in

mmh

mmh

ex

in

76.7

76.7

max

max

Subap aralığındaki gaz hızı, m/sn = Cgm

cos..

4. max

2

hdD

cmC ogmin

45cos.76,7.72,21

4

60,77.808,11

2

ingmC

Cgmin =211,85 m/s

cos..

4. max

2

hdD

cmC ogmex

45cos.76,7.72,21

4

60,77.808,11

2

exgmC

Cgmex =211,85 m/s

Subap Açılma Alanı = Au

cos... hdA ou 45cos.76,7.72,21.uA Au = 374,41 mm2

cos... hdA ou 45cos.76,7.72,21.uA Au= 374,41 mm2

1.Analiz

2.Analiz

3.Analiz

4.Analiz

Manifold’un en başta analiz halinde kullanılan AutoCad çizimi.

Manifold Akış Analizinin Yapılışı ;

İlk olarak manifold akış Auto Cad programında ölçülerine uygun şekilde modellendi ve File,

Export sekmeleri kullanılarak .sat uzantılı olarak kaydedildi.

Sat uzantılı olarak kaydedilen dosyanın Ansys programında açılabilmesi için İmport, SAT

sekmeleri kullanılarak parça Ansys programında açıldı.

Ansys te açılan modelde yapılacak olan çözümün tipini belirtmek için Ansys Main Menü’den

Preferences sekmesine basılırak yapılacak analiz türü belirlendi.

Çözümü yapılan parçanın eleman tipinin tanıtılması için Ansys Main Menü’ den

Preprocessor, Element Type, Add/Edit/Delete sekmeleri seçilerek açılan pencereden

Flotran CFD ve 2D FLOTRAN 141 seçildi.

Eleman tipinin belirlenmesinden sonra modelin mesh edilmesi işlemine geçildi. Bu işlem için

Ansys Main Menü den Preprocessor, Meshing, Mesh Tool sekmeleri ile mesh ayarlarının

yapıldığı menüye ulaşıldı. Modele en uygun mesh elemanın ve eleman boyutlarını seçimini

buradan yapılarak mesh edildi.

Mesh işleminden sonra MenuCtrls den Edit Toolbar tıklanıp açılan pencerede tri,/triad,off

girildi.

Daha sonra emme çizgisi seçildi. Sırası ile takip edilen sekmeler Ansys Main Menü den

Preprocessor, Loads, Define Loads, Apply, Fluid/CFD, Velocity, On lines sekmeleri

kullanılarak değerler girildi.

Emme Manifoldu akış giriş hızı Apply VELO load on lines menüsünde VX Load value (100)

ve VY a Load value(0) yazıldı ve OK butonuna basıldıktan sonra basınçların uygulandığı

yerler görüldü.

Emme Manifoldundaki havanın izlediği yol belirlenerek sınırlar şeçildi. Apply VELO load on

lines menüsünde VX Load value (0) ve VY a Load value(0) yazıldı ve OK butonuna

basıldıktan sonra basınçların uygulandığı yerler görüldü.

Daha sonra emme çizgisi seçildi. Sırası ile takip edilen sekmeler Ansys Main Menü den

Preprocessor, Loads, Define Loads, Apply, Fluid/CFD, Pressure DOF, On lines sekmeleri

kullanılarak değerler girildi.

Ansys Main Menü den Preprocessor, Loads, Define Loads, Apply, Fluid/CFD, Pressure

DOF, On lines sekmeleri kullanılarak değerler girildi. Pres Pressure Value (0) değeri verildi.

Akışkanın Özelliklerinin Belirlenmesi

Main Menu> Solution> FLOTRAN Set Up> Fluid Properties komutları girilerek aşağıdaki

ekran elde edildi ve burada density ve viscosity değerleri AIR – IN olarak seçildi.

Düzenleme ayarlarının yapılması

Main Menu> Solution> FLOTRAN Set Up> Execution Ctrl komutlarını izleyerek aşağıdaki

ekran elde edildi ve Global iterations değeri 40 olarak girildi.

Referans Koşullarının Değiştirilmesi

Main Menu> Solution> FLOTRAN Set Up> Flow Environment> Ref Conditions

sekmelerini kullanarak aşağıdaki ekran elde edildi. Reference pressure 14.7 psi , Ratio of

Cp/Cv 1.4 ,nominal, stagnation, and reference temperatures 70 ve temperature offset 0

dan 460 değeri yapıldı OK ile işlem sonlandırıldı.

Akışkan, akış özellikleri ve referans koşulları ile durum kontrol ayarları yapıldıktan sonra Run

Flotran sekmesi seçilerek çözüm yapıldı ve aşağıdaki grafik elde edildi. Close yapıldı.

Main Menu> General Postproc> Read Results> Last set girilerek en son sonuçlar okundu.

Plot hız vektörlerinin belirlenmesi

Main Menu> General Postproc> Plot Results> Vector Plot> Predefined sekmeleri

girilerek çıkan ekranda DOF solution girilerek Velocity V girilerek OKseçilir.

Toplam basınç hatlarının belirlenmesi:

Main Menu> General Postproc> Plot Results> Contour Plot> Nodal Solu sekmeleri

girilerek FLOTRAN Quantities ve Total Stagnation Pressure seçildi.OK butonuna basıldı.

Model üzerinde maksimum basınçlar hangi düzlemde ve ne kadar olduğu renk diyagramları

olarak görülmektedir.

Parçacık hızlarının animasyonu ;

Main Menu> General Postproc> Plot Results>Defi Trace Pt sekmeleri girilerek giriş bölgesinden ve

çıkış bölgesinden 4 veya 5 nokta seçildi.

Daha sonra Utility Menu> PlotCtrls> Animate> Particle Flow sekmeleri girilerek

DOFSolution ve Velocity VXseçildi. OKbutonuna basıldı.

Animasyon Ekranı:

Main Menu> General Postproc> Path Operations> Define Path> By Nodes sekmeleri

girilerek çıkış noktasında en üst ve en alt nokta seçilir. Path Name için OUTLET girilir.OK

butonun basılır. Sonra File> Close yapılır.

Main Menu> General Postproc> Path Operations> Map onto Path sekmeleri girilerek

VELOCITY seçilir ardından DOF Solution ve Velocity VX seçilir. OK butonuna basılır.

Main Menu> General Postproc> Path Operations> Plot Path Item> On Graph sekmeleri

girilerek VELOCITY seçilir ve herhangi bir hata mesajı çıkarsa kapatılır.