Συγκριτική αξιολόγηση μέσω προσομοίωσης της επίδρασης του βαθμού απόδοσης συμπιεστή και στροβίλου στη λειτουργική συμπεριφορά δίχρονου ναυτικού κινητήρα diesel

Abstract

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η συγκριτική αξιολόγηση της επίδρασης της απόδοσης του συμπιεστή, του στροβίλου αλλά και των δύο μαζί σε βασικές λειτουργικές παραμέτρους του κινητήρα. Με τη βοήθεια κατάλληλου λογισμικού προσομοίωσης εξετάζονται διαφορές ανάμεσα σε τρεις διαφορετικούς τρόπους μείωσης της απόδοσης του υπερπληρωτή. Αρχικά μελετάται η περίπτωση όπου η μείωση της απόδοσης επιτυγχάνεται μέσω της μείωσης της απόδοσης του συμπιεστή. Στη συνέχεια εξετάζεται η περίπτωση όπου η μείωση της απόδοσης του υπερπληρωτή προκύπτει λόγω μείωσης της απόδοσης του στροβίλου, ενώ τέλος εξετάζεται η περίπτωση ταυτόχρονης μείωσης της απόδοσης συμπιεστή και στροβίλου. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν από την προσομοίωση αξιολογούνται συγκριτικά μεταξύ τους με σκοπό να εξαχθεί κάποιο συμπέρασμα σχετικά με το ποιός από τους τρεις τρόπους έχει τη μεγαλύτερη επίδραση στη λειτουργία του κινητήρα. Η προσομοίωση πραγματοποιείται σε δύο διαφορετικούς κινητήρες. Παράλληλα επειδή οι κατασκευαστές δεν παρέχουν τους χάρτες λειτουργίας των υπερπληρωτών εξετάζεται η δυνατότητα εκτίμησης των ισεντροπικών βαθμών απόδοσης συμπιεστή και στροβίλου από την επεξεργασία πειραματικών δεδομένων. Επιπρόσθετα θα διερευνηθούν και τα προβλήματα που προκύπτουν κατά την διαδικασία αυτή αλλά και τα σφάλματα που υπεισέρχονται κατά τους υπολογισμούς. Τέλος εξετάζεται η χρήση τρόπων βελτίωσης των αποτελεσμάτων μέσω διόρθωσης των θερμοκρασιών που μετρήθηκαν πειραματικά. Για τους υπολογισμούς που θα ακολουθήσουν είναι απαραίτητες βασικές γνώσεις θερμοδυναμικής και για το λόγο αυτό στα πρώτα κεφάλαια γίνεται σύντομη περιγραφή εννοιών απαραίτητων για την κατανόηση. Συγκεκριμένα παρατίθενται στοιχεία της θερμοδυναμικής αλλά και καύσεως τυπικών καυσίμων που χρησιμοποιούνται σήμερα από εμβολοφόρους Μ.Ε.Κ. Όμοια, επειδή η εργασία επικεντρώνεται σε ναυτικούς κινητήρες, κρίθηκε σκόπιμο να γίνει μια σύντομη περιγραφή αυτών έτσι ώστε να επεξηγηθούν βασικοί όροι που θα χρησιμοποιηθούν στη συνέχεια. Αντίστοιχα θα γίνει μια εισαγωγή στις στροβιλομηχανές καθώς η απόδοση του συμπιεστή και του στροβίλου σχετίζεται άμεσα με αντικείμενο της εργασίας. Στην εργασία μελετώνται συνολικά τρεις κινητήρες. Για λόγους απλότητας έχουν ονομαστεί ″Α″,″Β″ και″C″. Τα βασικά μεγέθη που τους περιγράφουν αποτυπώνονται στις αντίστοιχες παραγράφους. Συγκεκριμένα η εκτίμηση του ισεντροπικού βαθμού απόδοσης μέσω τιμών πειραματικών μετρήσεων, πραγματοποιείται για τους κινητήρες ″Α″ και ″Β″. Οι δύο αυτοί κινητήρες έχουν τα ίδια γεωμετρικά χαρακτηριστικά διαφέρουν ωστόσο μόνο στην έκδοσή τους. Αντίθετα η προσομοίωση για συγκριτική αξιολόγηση της επίδρασης της μεταβολής του βαθμού απόδοσης του υπερπληρωτή στη λειτουργική συμπεριφορά του κινητήρα πραγματοποιείται στον κινητήρα ″Β″ αλλά και σε έναν τρίτο κινητήρα ″C″ με διαφορετικά γεωμετρικά χαρακτηριστικά.

Comparative evalution via modelling of the effect of turbine and compressor efficiency on two stroke marine diesel engine perfromance