Προσομοίωση της λειτουργίας δίχρονου ναυτικού κινητήρα Diesel και μελέτη της επίδρασης της μεταβολής της προπορείας έγχυσης καυσίμου στην ειδική κατανάλωση καυσίμου με έμφαση στη λειτουργία σε χαμηλά φορτία

Σκορδούλης, Νικόλαος; Skordoulis, Nikolaos

dc.contributor.author	Σκορδούλης, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Skordoulis, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2015-01-23T08:14:55Z
dc.date.available	2015-01-23T08:14:55Z
dc.date.issued	2015-01-23
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40082
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.7456
dc.rights	Default License
dc.subject	Marine diesel engines	en
dc.subject	Ναυτικοί κινητήρες	el
dc.subject	Simulation	en
dc.subject	Low load operation	en
dc.subject	Slow steaming	en
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	Χαμηλά φορτία	el
dc.title	Προσομοίωση της λειτουργίας δίχρονου ναυτικού κινητήρα Diesel και μελέτη της επίδρασης της μεταβολής της προπορείας έγχυσης καυσίμου στην ειδική κατανάλωση καυσίμου με έμφαση στη λειτουργία σε χαμηλά φορτία	el
dc.title	Simulation of a two-stroke marine Diesel engine operation and study of the impact of fuel injection timing variation on the specific fuel consumption, emphasizing at low load operation	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ	el
heal.classification	Internal combustion engines (general)	en
heal.classificationURI	http://localhost:8080/healp/data/11/14/3
heal.classificationURI	http://skos.um.es/unesco6/331313
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2014-10-22
heal.abstract	Σε παγκόσμιο επίπεδο λαμβάνει χώρα προσπάθεια για την μείωση της κατανάλωσης καυσίμου από την εμπορική ναυτιλία. Οι λόγοι που επιβάλλουν τη μείωση της κατανάλωσης είναι από τη μία το υψηλό λειτουργικό κόστος και από την άλλη οι υψηλές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου. Με σκοπό να συμβάλλει στην αύξηση της ενεργειακής αποδοτικότητας των πλοίων ο Διεθνής Οργανισμός Ναυτιλίας (ΙΜΟ) υιοθετεί μέτρα, με τη μορφή δεικτών ενεργειακής αποδοτικότητας, τα οποία είναι υποχρεωτικά για τα νεότευκτα πλοία και προαιρετικά για τα ήδη υπάρχοντα. Προκειμένου να επιτευχθεί η συμμόρφωση με τα νέα μέτρα, μία σειρά λύσεων είναι διαθέσιμες, τόσο σε σχεδιαστικό όσο και υπηρεσιακό επίπεδο. Μία από τις λύσεις , η οποία βρίσκεται στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος και αφορά κυρίως τα μεγάλα πλοία, είναι η μείωση της υπηρεσιακής ταχύτητας του πλοίου (slow steaming). Η τεχνική αυτή αξιοποιεί το γεγονός ότι, στα μεγάλα πλοία, ο κινητήρας και η έλικα βρίσκονται σε απευθείας μηχανική σύνδεση, με συνέπεια η απαιτούμενη από τον κινητήρα ισχύς να συνδέεται εκθετικά με την ταχύτητα πλεύσης. Πρακτικά αυτό οδηγεί σε μεγάλη μείωση της απαιτούμενης ισχύος (λειτουργία του κινητήρα σε χαμηλό φορτίο) για μικρή μείωση της ταχύτητας πλεύσης. Μειονέκτημα της μεθόδου αποτελεί το γεγονός ότι οι μεγάλοι ναυτικοί κινητήρες είναι βελτιστοποιημένοι, από πλευράς αποδοτικότητας (ειδικής κατανάλωσης καυσίμου), να λειτουργούν σε υψηλά φορτία. Για παρατεταμένη λειτουργία σε χαμηλά φορτία κρίνεται σκόπιμη η ρύθμιση του κινητήρα, ώστε η ειδική κατανάλωση καυσίμου να βελτιωθεί σε αυτή την περιοχή λειτουργίας. Από τις διάφορες τεχνικές που μπορούν να εφαρμοστούν για το σκοπό αυτό, η παρούσα εργασία μελετά την ρύθμιση της προπορείας έγχυσης καυσίμου. Σε τεχνικό επίπεδο αυτό είναι εφικτό με τη χρήση συστημάτων μεταβλητού χρονισμού έγχυσης (VIT). Στην παρούσα εργασία μελετάται το πώς η μεταβολή της προπορείας έγχυσης καυσίμου επηρεάζει την ειδική κατανάλωση καυσίμου και τη λειτουργική συμπεριφορά του κινητήρα γενικότερα, ώστε να διαπιστωθούν τυχόν περιορισμοί στη διαδικασία βελτιστοποίησης. Στη συνέχεια γίνεται προσπάθεια να καθοριστούν οι τιμές εκείνες της προπορείας που οδηγούν σε όσο το δυνατόν χαμηλότερη ειδική κατανάλωση καυσίμου στα χαμηλά φορτία (15-40% πλήρους φορτίου). Η μελέτη για τις βέλτιστες τιμές της προπορείας γίνεται με προσομοίωση της λειτουργίας του κινητήρα σε χαμηλά φορτία. Η προσομοίωση πραγματοποιείται με το λογισμικό “EDS-V”, το οποίο έχει αναπτυχθεί από τον Καθ. Δ. Χουντάλα. Να σημειωθεί ότι δεν εξετάζεται το πώς η μεταβολή της προπορείας επηρεάζει άλλα μεγέθη του κινητήρα, για παράδειγμα τις εκπομπές NOx. Η εργασία αποτελείται από οκτώ κεφάλαια. Το πρώτο κεφάλαιο είναι εισαγωγικό. Παρουσιάζει θεωρητικά στοιχεία για τους ναυτικούς κινητήρες και τα μέτρα του ΙΜΟ για την αύξηση της αποδοτικότητας τους. Ακόμα παρουσιάζει στοιχεία για τη μέθοδο μείωσης της κατανάλωσης με μείωση της ταχύτητας του πλοίου. Το δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζει συνοπτικά το λογισμικό προσομοίωσης. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται η βαθμονόμηση και η αξιολόγηση της προβλεπτικής ικανότητας του λογισμικού προσομοίωσης. Στο τέταρτο κεφάλαιο εξετάζεται το πώς η μεταβολή της προπορείας έγχυσης καυσίμου επηρεάζει τη λειτουργική συμπεριφορά του κινητήρα. Στο πέμπτο κεφάλαιο εξετάζεται το πώς η μεταβολή της θερμοκρασίας περιβάλλοντος επηρεάζει τη λειτουργική συμπεριφορά του κινητήρα. Στο έκτο κεφάλαιο γίνεται προσομοίωση της λειτουργίας του κινητήρα σε χαμηλά φορτία και εξετάζεται η δυνατότητα βελτιστοποίησης (ως προς την ειδική κατανάλωση καυσίμου) για τη συγκεκριμένη λειτουργία. Οι μέθοδοι που εξετάζονται είναι η αύξηση της πίεσης υπερπλήρωσης και της αύξησης της προπορείας έγχυσης. Στο έβδομο κεφάλαιο διερευνάται το πώς η ταχύτητα πλεύσης επηρεάζει την κατανάλωση καυσίμου ανά διανυθέν ναυτικό μίλι, με τη μελέτη διάφορων σεναρίων που αφορούν στην ταχύτητα πλεύσης. Τέλος στο όγδοο κεφάλαιο γίνεται σύνοψη των αποτελεσμάτων που προέκυψαν από την παρούσα εργασία.	el
heal.abstract	Nowadays a global effort is taking place for the reduction of fuel consumption regarding merchant shipping. The reasons that call for a fuel consumption reduction are from one side high operating costs and from the other side high greenhouse gases emissions. In order to contribute to the enhancement of shipping energy efficiency the International Maritime Organization (IMO) adopts measures that have the form of energy efficiency indexes and are compulsive for new vessels and optional for already operating ones. A number of solutions is available, in terms of both design and operation, for a vessel to comply with the new measures. One of these solutions, that receives great attention and is applicable mainly to large commercial vessels, is the reduction of vessels operational speed (slow steaming). This technique is based on the fact that, in large vessels, are directly coupled. As a result required engine power is an exponential function of vessel speed. This leads to a significant reduction of required power (low load engine operation) for a lesser reduction of vessel speed. A drawback of this method is the fact that large marine engines are optimised, regarding energy efficiency (specific fuel consumption), for high load operation. When long term low load operation is intended tuning the engine is advisable, in order to achieve better specific fuel consumption in this operating range. From the various methods available for this purpose, the present study focuses on adjusting fuel injection timing. Technically this solution is possible with the use of variable injection timing (VIT) systems. The present study examines how adjusting fuel injection timing affects specific fuel consumption and the general engine operation to identify possible limitations in the optimization process. In the next phase the injection timing that leads to the lowest specific fuel consumption at low load (15-40% of full load) is looked for. The study for the optimum fuel injection timing is made by simulating the engine operation at low load. Simulation is performed with the use of “EDS-V” diagnostic system, developed by Prof. D. Hountalas. Here we should note that the study does not examine how fuel injection timing adjustment affects other engine aspects, for example NOx emissions. This study contains eight chapters. The first chapter serves as introduction. It presents information on marine engines and the measures of IMO to enhance their energy efficiency. Furthermore slow steaming method for fuel consumption reduction is presented. The second chapter gives a brief overview of the simulation software. In the third chapter the simulation software is calibrated and its prediction capacity evaluated. Forth chapter examines how the adjustment of fuel injection timing affects engine operation. Fifth chapter examines how environmental temperature affects engine operation. In sixth chapter simulation of low load engine operation is conducted and the possibility of optimization (regarding specific fuel consumption) is examined. The two methods examined are operation with higher scavenging pressure and the advance of fuel injection timing. Seventh chapter studies how vessel speed is connected with per-mile fuel consumption, by using various scenarios in terms of vessel speed. Lastly in the eighth chapter serves as a synopsis of the conclusions drawn in the present study.	en
heal.advisorName	Χουντάλας, Δημήτριος	el
heal.advisorName	Hountalas, Dimitrios	en
heal.committeeMemberName	Ρακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Γιακουμής, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Rakopoulos, Constantine	en
heal.committeeMemberName	Giakoumis, Euagellos	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	137
heal.fullTextAvailability	true