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
- Tez No: 1011918
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜVEN GONCA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Gemi Mühendisliği, Marine Engineering
- 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
Küresel iklim değişikliği ve artan çevresel düzenlemeler, denizcilik ve ağır hizmet taşımacılığı sektörlerinde alternatif yakıt arayışlarını hızlandırmıştır. IMO'nun 2050 net sıfır emisyon hedefi ve AB Emisyon Ticaret Sistemi'nin denizcilik sektörünü kapsamına alması, karbonsuz yakıtlara geçişi zorunlu kılmaktadır. Amonyak, karbonsuz yapısı ve yüksek enerji yoğunluğuyla stratejik bir alternatif yakıt olarak öne çıkmakta; ancak düşük laminer alev hızı ve dar yanabilirlik sınırları gibi zorlu yanma karakteristikleri doğrudan kullanımını kısıtlamaktadır. Alkol yakıtları (metanol, etanol, bütanol), yapılarındaki bağlı oksijen içeriği sayesinde amonyağın yanma özelliklerini iyileştiren etkili katkılar olarak değerlendirilmektedir. Bu tez çalışmasında, dizel-amonyak-alkol üçlü yakıt karışımlarının içten yanmalı motorlardaki performans ve emisyon karakteristikleri, ANSYS Forte yazılımıyla gerçekleştirilen hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) simülasyonları aracılığıyla incelenmiştir. Antor 3LD510 tek silindirli dizel motor (510 cm³, 17,5:1 sıkıştırma oranı, 9 kW) modellenmiş; türbülans için RNG k-ε modeli, yanma kimyası için 247 tür ve 2431 reaksiyon içeren kimyasal kinetik mekanizma kullanılmıştır. HAD modeli deneysel verilerle doğrulanmış, tüm parametrelerde %5'in altında sapma elde edilmiştir. Amonyak-dizel ikili yakıt modunda amonyak oranı %10'dan %50'ye yükseltildiğinde CO2 emisyonlarında %77, NOx emisyonlarında %55, CO'da %34 ve UHC'de %63 azalma sağlanmıştır. Ko-enjeksiyon stratejisi %38,7 indike termal verimle (ITE) öne çıkarken, post-enjeksiyon NOx emisyonlarını %83 oranında azaltmıştır. Üçlü yakıt karışımlarında metanol içeren konfigürasyonlar en yüksek performansı sergilemiş; ön ısıtmalı yüksek metanol oranlarında pik silindir basıncı 145 bar'a, ITE %46-48 aralığına ulaşmıştır. Ön ısıtmalı yakıt enjeksiyonu tüm üçlü yakıt karışımlarında NH3 slip ve UHC emisyonlarını 0,1-0,5 g/kWh düzeylerine indirmiştir. Sonuçlar, dizel-amonyak-alkol üçlü yakıt karışımlarının içten yanmalı motorlarda sürdürülebilir ve çevreci bir alternatif olarak uygulanabilirliğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Global climate change and increasingly stringent environmental regulations have accelerated the search for alternative fuels in the maritime and heavy-duty transportation sectors. The International Maritime Organization's net-zero emission target for 2050 and the inclusion of maritime shipping within the EU Emissions Trading System have made the transition to carbon-free fuels imperative. Ammonia stands out as a strategic alternative fuel owing to its carbon-free structure and high energy density; however, its challenging combustion characteristics including low laminar flame speed and narrow flammability limits restrict direct application. Alcohol fuels (methanol, ethanol, butanol) are regarded as effective additives that enhance ammonia's combustion properties through their inherent oxygen content. In this thesis, the performance and emission characteristics of diesel-ammonia alcohol triple-fuel blends in internal combustion engines were investigated through computational fluid dynamics (CFD) simulations conducted using ANSYS Forte software. An Antor 3LD510 single-cylinder diesel engine (510 cm³ displacement, 17.5:1 compression ratio, 9 kW) was modelled; the RNG k-ε model was employed for turbulence, and a detailed chemical kinetic mechanism comprising 247 species and 2,431 reactions was applied for combustion chemistry. The CFD model was validated against experimental data, yielding deviations below 5% for all parameters. In the ammonia-diesel dual-fuel mode, increasing the ammonia energy share from 10% to 50% resulted in reductions of 77% in CO2 , 55% in NOx , 34% in CO, and 63% in UHC emissions. The co-injection strategy achieved a peak indicated thermal efficiency (ITE) of 38.7%, while post-injection reduced NOx emissions by 83%. Among triple-fuel configurations, methanol blends delivered the highest performance; at elevated preheated methanol ratios, peak cylinder pressure reached 145 bar and ITE ranged between 46–48%. Preheated fuel injection reduced NH3 slip and UHC emissions to 0.1–0.5 g/kWh across all triple-fuel combinations. The findings demonstrate the viability of diesel-ammonia-alcohol triple-fuel blends as a sustainable and environmentally friendly alternative for internal combustion engines.
Benzer Tezler
- 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
BERNA KANBEROĞLU ARSLAN
Doktora
Türkçe
2026
Gemi MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜVEN GONCA
- 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
- Bir dizel motorunda amonyak kullanımının motor performansı ve eksoz emisyonları üzerindeki etkilerinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the effects of using ammonia on engine performance and exhaust emissions in a diesel engine
İMDAT ZİYA AKCANCA
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEHRA ŞAHİN
- 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
- Tek silindirli dizel bir motorda amonyak katkısının motor performans parametreleri üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of ammonia addition on engine performance parameters in a single cylinder diesel engine
FATİH HARUN YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Gemi MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÇAKIR