Υπολογιστική Μελέτη Στρατηγικών Έγχυσης Καυσίμου με Παρουσία Ανακυκλοφορίας Καυσαερίου σε Δίχρονο Ναυτικό Κινητήρα Diesel

Ξανθούλης, Νικόλαος; Xanthoulis, Nikolaos

dc.contributor.author	Ξανθούλης, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Xanthoulis, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2017-10-31T10:58:25Z
dc.date.available	2017-10-31T10:58:25Z
dc.date.issued	2017-10-31
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45876
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.7526
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Ναυτική και Θαλάσσια Τεχνολογία και Επιστήμη”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Ανακυκλοφορία καυσαερίων	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση έγχυσης καυσίμου	el
dc.subject	Δίχρονος αργόστροφος ναυτικός κινητήρας	el
dc.subject	Τριπλός παλμός έγχυσης	el
dc.subject	Μείωση ρύπων	el
dc.subject	EGR	en
dc.subject	Fuel injection optimization	en
dc.subject	NOx and soot reduction	en
dc.subject	Two stroke marine diesel engine	en
dc.subject	Triple pulse injection profile	en
dc.title	Υπολογιστική Μελέτη Στρατηγικών Έγχυσης Καυσίμου με Παρουσία Ανακυκλοφορίας Καυσαερίου σε Δίχρονο Ναυτικό Κινητήρα Diesel	el
dc.title	Investigation of Fuel Injection Strategies in combination with EGR in Two Stroke Marine Diesel Engine	en
dc.contributor.department	Ναυτική και Θαλάσσια Τεχνολογία και Επιστήμη	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΜΗΧΑΝΙΚΗ	el
heal.classification	ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ	el
heal.classification	ΝΑΥΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/795ea7948f4f9b8fba3246722d8e6417697c678c
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/c7c732b08ce25d214773f172fb19415f5f8461fb
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/3d257f31491bff09371cddeac5c6626dc154db39
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-09-22
heal.abstract	Οι κανονισμοί του Διεθνούς Ναυτιλιακού Οργανισμού επιβάλλουν μείωση στις εκπομπές οξειδίων του αζώτου της τάξεως του 80% μέσα στα όρια των περιβαλλοντικά προστατευόμενων περιοχών. Το γεγονός αυτό ανάγκασε τη ναυτιλιακή βιομηχανία να βελτιώσει τον σχεδιασμό και τη λειτουργία των ναυτικών κινητήρων, έτσι ώστε να είναι συμβατοί με τους κανονισμούς. Η μείωση των εκπομπών αέριων ρύπων από ναυτικούς κινητήρες Diesel μπορεί να επιτευχθεί εφαρμόζοντας τεχνικές γνωστές από την αυτοκινητοβιομηχανία, όπως οι στρατηγικές τμηματικής έγχυσης του καυσίμου και η ανακυκλοφορία καυσαερίου. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα εργασία, βασισμένη σε χρήση υπολογιστικής ρευστοδυναμικής, ερευνά την επίδραση εναλλακτικών στρατηγικών έγχυσης καυσίμου σε συνδυασμό με ανακυκλοφορία καυσαερίου, ως προς τις εκπομπές οξειδίων του αζώτου και σωματιδίων αιθάλης σε δίχρονο αργόστροφο ναυτικό κινητήρα Diesel στην περιοχή του πλήρους φορτίου. Αρχικά, βελτιστοποιείται το προφίλ έγχυσης με παρουσία πιλοτικής, κύριας έγχυσης και μετέγχυσης (τρεις παλμοί), κάνοντας χρήση Εξελικτικών Αλγορίθμων και της μεθόδου του μετώπου Pareto καθώς είναι ένα πρόβλημα πολυκρητηριακής βελτιστοποίησης. Ακολούθως, η χρήση βέλτιστου προφίλ έγχυσης συνδυάζεται με χρήση ανακυκλοφορίας καυσαερίου, σε διαφορετικά ποσοστά, έχοντας ως γνώμονα την αποφυγή αύξησης της ειδικής κατανάλωσης καυσίμου. Η βελτιστοποίηση του τριπλού παλμού έγχυσης πραγματοποιείται με σύζευξη του κώδικα υπολογιστικής ρευστομηχανικής KIVA-3 με το λογισμικό βελτιστοποίησης EASY. Για τη λεπτομερή κατανόηση των φαινομένων ροής και καύσης, γίνεται χρήση οπτικής απεικόνισης του ροϊκού πεδίου, καθώς και χαρτών θερμοκρασίας – λόγου ισοδυναμίας καυσίμου - αέρα (χάρτες Τ-φ). Η έρευνα αυτή αφορά τον δίχορνο αργόστροφο ναυτικό κινήτηρα diesel RTflex-58T της εταιρίας Winterthur Gas and Diesel.Τα αποτελέσματα της μελέτης κατέδειξαν σημαντική μείωση των εκπομπών αέριων ρύπων. Συγκεκριμένα, με χρήση βέλτιστου προφίλ έγχυσης καυσίμου τριών παλμών (χωρίς ανακυκλοφορία καυσαερίου) επιτυγχάνεται μείωση των εκπομπών οξειδίων του αζώτου κατά 23%, μείωση των σωματιδίων αιθάλης κατά 30%, και μικρή μείωση της ειδικής κατανάλωσης καυσίμου. Επίσης, ο συνδυασμός βέλτιστου τριπλού παλμού έγχυσης με χρήση ανακυκλοφορίας καυσαερίου, σε ποσοστά της τάξης του 25% έως 30%, μειώνει τις εκπομπές οξειδίων του αζώτου πέραν του 70%, με μικρή αύξηση της ειδικής κατανάλωσης. Με τον συνδυασμό αυτόν, μπορεί να επιτευχθεί το όριο Tier-III των κανονισμών του Διεθνούς Ναυτιλιακού Οργανισμού.	el
heal.abstract	New regulations of IMO impose a great reduction of NOx (Nitric Oxides) emissions equivalent to 80 %, when ships operate in Emission Control Areas. As a result, measurements have to be taken by ship engines manufacturers in order to improve their engines, so as to be compatible with the new regulations. Emissions reduction in Marine diesel engines can be achieved with the use of already knowns technics, used in automotive industry, like the use of multiple fuel injections and exhaust gas recirculation (EGR). This study is based on a CFD code, and the effect of different injection strategies in combination with EGR, on NOx and soot emissions and the fuel consumption of a low speed marine diesel engine is investigated. Firstly, fuel injection profile, which consists of pilot, main and post injection (triple pulse injection profile), is optimized using evolutionary algorithms and the Pareto Front method, as it is a multi-objective optimization problem. Then, optimized injection profile is combined with EGR with different rates with respect to fuel consumption. The optimization of triple pulse injection profile is performed with the use of CFD code KIVA-3 coupled with the optimization software EASY. The results are visualized and they are also mapped on temperature-equivalence ratio charts for the further understanding of the combustion process. The investigation has been performed for the two stroke Marine diesel engine RTflex-58T of Winterthur Gas and Diesel. The results of this study have shown that an optimized triple pulse injection profile can lead to NOx reduction up to 23% and to soot reduction up to 30% while specific fuel oil consumption (SFOC) is improved. Furthermore, the combination of an optimized triple pulse injection profile with an EGR rate about 25% to 30%, can lead to NOx reduction greater than 70% with little increasement of SFOC. As a conclusion, with the above combination, limits of Tier III regulations can be achieved.	en
heal.advisorName	Καϊκτσής, Λάμπρος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Τριανταφύλλου, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	100 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true