Dizel-amonyak karışımları ile çalıştırılan bir dizel motor için emisyon azaltmaya yönelik deneysel uygulamalar ve simülasyon çalışmaları
Experimental applications and simulation studies for emission reduction in a diesel engine fueled with diesel - ammonia mixtures
- Tez No: 1011646
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜVEN GONCA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Gemi Mühendisliği, Denizcilik, Enerji, Marine Engineering, Marine, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, denizcilik sektöründe karbon emisyonlarının azaltılması hedefi doğrultusunda amonyağın dizel motorlarda alternatif yakıt olarak uygulanabilirliği bütünleşik bir yaklaşımla incelenmiştir. Çalışma üç temel aşamada yürütülmüştür. İlk aşamada, daha önce gerçekleştirilen deneysel motor verileri referans alınarak ANSYS Forte yazılımı ile oluşturulan motor modeli doğrulanmış ve doğrulanan model üzerinden enjektör delik çapı, enjeksiyon süresi, enjeksiyon başlangıç zamanlaması, emme havası sıcaklığı ve emme havası basıncı parametreleri değiştirilerek motor performansı ve emisyon çıktıları üzerindeki etkileri parametrik olarak analiz edilmiştir. Sonuçlar, enjeksiyon süresi ve zamanlamasının NO emisyonları üzerinde belirleyici olduğunu, püskürtülen yakıt miktarındaki artışın ise CO2 emisyonlarını belirgin şekilde artırdığını göstermiştir. İkinci aşamada, amonyak kullanımına bağlı NOx emisyonlarını azaltmak amacıyla motor egzoz hattına entegre edilebilen bir nitrik asit tankı geliştirilmiş ve hidrojen peroksit–su karışımı ile egzoz gazı reaksiyona sokulmuş ve NO'nun nitrik aside dönüştürülmesi hedeflenmiştir. Deneysel bulgular, uygun koşullarda NO emisyonlarının yaklaşık %77'ye, CO2 emisyonlarının ise yaklaşık %69'a varan oranlarda azaltılabildiğini ortaya koymuştur. Son aşamada ise ANSYS Fluent ile yürütülen simülasyonlar aracılığıyla egzoz sonrası arıtma sisteminin farklı çalışma koşullarındaki davranışı incelenmiştir. Tek gövdeli ve çift gövdeli olmak üzere iki farklı tank geometrisi için egzoz gazı hızı, NO kütle kesri ve egzoz sıcaklığı değişken parametreler olarak değerlendirilmiştir. Sonuçlar, NO dönüşüm veriminin egzoz hızı ile ters orantılı, sıcaklık ile doğru orantılı olduğunu ortaya koymuştur. Düşük hızlarda %100'e yakın dönüşüm verimi elde edilirken, artan hızla birlikte kalış süresinin azalmasına bağlı olarak verim düşmüştür. Çift gövdeli tank tasarımı, uzun akış yolu ve arttırılmış kalış süresi sayesinde tek gövdeli tasarıma kıyasla daha yüksek NO dönüşüm verimi sağlamıştır. Aynı koşullarda (300 °C, 10 m/s) çift gövdeli tankta NO dönüşüm verimi %99'a ulaşırken, tek gövdeli tankta bu değer yaklaşık %97 olarak elde edilmiştir. Sonuç olarak bu çalışma, amonyak yakıtlı dizel motorlarda silindir içi parametre optimizasyonu ve egzoz sonrası arıtma stratejilerini değerlendirerek denizcilik uygulamalarında düşük karbonlu dönüşüme katkı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this study, the applicability of ammonia as an alternative fuel in diesel engines is investigated using an integrated approach in line with the objective of reducing carbon emissions in the maritime sector. The study is conducted in three main stages. In the first stage, a numerical engine model developed using ANSYS Forte is validated based on previously obtained experimental engine data. Based on the validated model, a parametric analysis is performed to evaluate the effects of injector hole diameter, injection duration, injection timing, intake air temperature, and intake air pressure on engine performance and emission characteristics. The results indicate that injection duration and injection timing are decisive parameters influencing NO emissions, while an increase in the injected fuel amount significantly raises CO2 emissions. In the second stage, a nitric acid tank system that can be integrated into the engine exhaust line is developed to reduce NOx emissions associated with ammonia utilization, and the exhaust gas is reacted with a hydrogen peroxide–water solution to convert NO into nitric acid. Experimental findings demonstrate that NO emissions can be reduced by approximately 77% and CO2 emissions by approximately 69% under appropriate operating conditions. In the final stage, the behavior of the exhaust aftertreatment system under varying operating conditions is investigated through simulations conducted using ANSYS Fluent. Two different tank geometries, namely single-hull and double-hull configurations, are evaluated with exhaust gas velocity, NO mass fraction, and exhaust temperature as variable parameters. The results reveal that NO conversion efficiency is inversely proportional to exhaust velocity and directly proportional to temperature. Near-complete conversion is achieved at low velocities, whereas efficiency decreases at higher velocities due to reduced residence time. The double-hull tank design provides higher NO conversion efficiency compared to the single-hull configuration owing to its extended flow path and increased residence time. Under identical conditions (300 °C, 10 m/s), the double-hull tank achieves a NO conversion efficiency of 99%, while the single-hull tank yields approximately 97%. In conclusion, this study contributes to the low-carbon transition in maritime applications by evaluating in-cylinder parameter optimization and exhaust aftertreatment strategies for ammonia-fueled diesel engines.
Benzer Tezler
- Dizel-amonyak-alkol karışımları ile çalıştırılan bir dizel motorun performans ve emisyon karakteristiklerinin analizi
Analysis of performance and emission characteristics of a diesel engine fueled with diesel-ammonia-alcohol mixtures
ONUR KOCATEPE
Doktora
Türkçe
2026
Gemi MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜVEN GONCA
- Experimental and theoretical investigation of the effect of ammonia additive on engine emission and performance parameters
Amonyak katkı maddesinin motor emisyonu ve performans parametreleri üzerindeki etkisinin deneysel ve teorik araştırılması
ÖMER BÖYÜKDİPİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiAdana Alparslan Türkeş Bilim ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKHAN TÜCCAR
- Sıkıştırmalı ateşlemeli bir motorda su bazlı amonyak, hidrojen ve dizel yakıt karışımlarının egzoz emisyonları ve motor performansı üzerindeki etkilerinin deneysel araştırılması
Experimental investigation of the effects of water-based ammonia, hydrogen, and diesel fuel blends on exhaust emissions and engine performance in a compression-ignition engine
MEHMET SARITAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELAHADDİN ORHAN AKANSU
- An alternative fuel assessment model for ships and experiments on the effect of methanol on diesel engines
Gemiler için bir alternatif yakıt değerlendirme modeli ve metanolün dizel motorlarda etkileri üzerine deneysel çalışma
BURAK ZİNCİR
Doktora
İngilizce
2019
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ DENİZ
- Dizel motorlarda amonyak ve biyodizelin üçlü yakıt olarak kullanılmasının performans ve emisyonlar üzerindeki etkilerinin deneysel ve sayısal analizi
Experimental and numerical analysis of the effects of using ammonia and biodiesel as triple fuel on performance and emissions in diesel engines
FATİH OKUMUŞ
Doktora
Türkçe
2024
DenizcilikYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖRKEM KÖKKÜLÜNK