Μελέτη Πεδίου Ροής Οπτικού Ερευνητικού Κινητήρα με Σύστημα Προσδιορισμού Ταχυτήτων με Απεικόνιση Σωματιδίων Υψηλής Χρονικής Ανάλυσης

Abstract

Στην συγκεκριμένη Διπλωματική Εργασία πραγματοποιήθηκε η μελέτη του πεδίου ροής σε οπτικό ερευνητικό κινητήρα σε συνθήκες κρύας ροής. Ο οπτικός κινητήρας είναι εγκατεστημένος στο Εργαστήριο Μηχανών Εσωτερικής Καύσης (Μ.Ε.Κ) του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας. Πρόκειται για μια μηχανή εσωτερικής καύσης η οποία διαθέτει οπτικά προσβάσιμα μέρη όπως είναι ο γυάλινος κύλινδρος και η γυάλινη επάνω επιφάνεια του εμβόλου. Η μελέτη του πεδίου ροής διεξήχθη σε συγκεκριμένα σημεία του στροφαλοφόρου άξονα τα οποία ανήκουν στις φάσεις εισαγωγής και συμπίεσης του κινητήρα. Η μελέτη αυτή αποτελεί το πρώτο βήμα που οδηγεί στη βελτιστοποίηση της καύσης μέσω της καλύτερης ανάμιξης και ως συνέπεια στην μείωση των παραγόμενων ρύπων. Στην συνέχεια, για την εκπόνηση αυτής της μελέτης χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος High speed PIV ή time resolved PIV που η διαφορά της από την μέθοδο PIV είναι ότι η πρώτη διαθέτει εξοπλισμό υψηλής συχνότητας δειγματοληψίας γι’ αυτό αναφέρεται και ως μέθοδος υψηλής χρονικής ανάλυσης. Η αρχή λειτουργίας της μεθόδου Particle Image Velocimetry (PIV) είναι ότι τα σωματίδια τα οποία τροφοδοτούνται στη ροή έχουν την ιδιότητα να ακτινοβολούν όταν πέσει πάνω τους μια δέσμη φωτός. Έτσι, το εκπεμπόμενο φως καταγράφεται σε δύο διαδοχικές εικόνες από μια ειδική κάμερα, με το χρονικό διάστημα μεταξύ των εικόνων να είναι γνωστό. Με βάση αυτό το χρονικό διάστημα και την μετατόπιση των σωματιδίων, η οποία υπολογίστηκε μέσω κατάλληλου αλγορίθμου, το αποτέλεσμα το οποίο προκύπτει είναι η ταχύτητα των σωματιδίων. Επιπλέον, η διερεύνηση του πεδίου ροής έλαβε χώρα σε δύο διαφορετικές στροφές λειτουργίας του κινητήρα σε συνθήκες με πλήρως και μερικώς ανοιχτή πεταλούδα, έχοντας 1000mbar και 500mbar πίεση εισαγωγής αντίστοιχα. Το επίπεδο στο οποίο έγινε η μελέτη είναι το κάθετο προς την επιφάνεια του εμβόλου, το οποίο βρίσκεται ανάμεσα στις βαλβίδες εισαγωγής. Τα αποτελέσματα της μεθόδου time resolved PIV που θα παρουσιαστούν είναι το πεδίο ταχυτήτων, ο λόγος περιδίνησης (Tumble Ratio) και η Τυρβώδης Κινητική Ενέργεια (ΤΚΕ), τα οποία συγκρίθηκαν με τα αποτελέσματα της μεθόδου PIV που χρησιμοποιήθηκαν σε αντίστοιχου είδους διπλωματική εργασία για τις ίδιες συνθήκες λειτουργίας και γωνίες του στροφαλοφόρου άξονα.