Geri Dön

Quantifying the ignition delay of single wall carbon nanotube emulsified marine fuel oil influencing the combustion and diesel engine efficiencies

Tek duvarlı karbon nanotüp ile emülsifiye edilmiş dizel yakıtı tutuşma gecikmesinin yanma ve dizel makinesi verimleri üzerine olan etkisinin değerlendirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 675965
  2. Yazar: TOLUNAY KAYAARASI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZKAYNAK
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Denizcilik, Gemi Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Marine, Marine Engineering, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Piri Reis Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Deniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 151

Özet

Dizel motorlar tarafından yakılan hidrokarbon tabanlı sıvı yakıtların mekanik güç ihtiyacının karşılanmasındaki önemi maliyet, güç ve çevre sorunları nedeniyle güncelliğini korumaktadır. Bilimsel yayınlar bio-yakıtlara eklenen mikro katalizörlerin yanma verimini yaklaşık %10 artırdığını ve atmosfere salınan yanma ürünlerinin miktar ve kalitesinde olumlu sonuçlar elde edildiğini belirtiyor. Diğer taraftan gelişen teknoloji nano malzemenin bu alandaki üretim, denetim ve kullanımına ışık tutuyor. Sunulan çalışma da, devam eden bu gayretlerden biridir. Ateşleme gecikmesi (ID), dizel motorlarda yanma aşamasının başlangıcı olup, yanma ve motor verimliliğini etkileyen geri dönüşü olmayan zincir olayları içeren çok işlevli bir polinomdur. Bu polinomu oluşturan fonksiyonlarda yer alan olay, faktör ve parametreler yakıtın yanma kalitesini iyileştirmek için üzerinde çalışılan önemli konulardır. Bu çalışma birbirini tamamlayan iki ardışık bölümde yapıldı. Birinci bölümde tutuşma gecikmesinin gelişiminde baskın rolü olduğu düşünülen makine geometrisi, yakıt/hava ilişkisi ve silindir içi dinamikleri gerekli düzeyde incelendi. Bu çalışmada sırasıyla Moleküler-parçacık balistik çarpışma yoğunluğu, Van der Waals bağlarının bozulması, fonon yayılımı, silindir içi sıcaklık artışı ve aktivasyon enerjisi tutuşma gecikmesini oluşturan etkili olaylar olarak kabul edildi. 2. bölüm, taban yakıt içine farklı miktarda SWCNT ve MWCNT ilave ederek elde edilen test yakıtlarının uzayan tutuşma gecikmesinden etkilenen ısı yayılımı, indike güç, tork, fren gücü, yakıt tüketimi, makine verimi ve yanma verimiyle ilgili sayısal hesaplama ve analizleri içermektedir. Yakıt molekülleri ile demetlenmiş karbon nanotüplerin tutuşma gecikmesinin, kimyasal kinetiğin ön plana çıktığı kendiliğinden yanma aşamasında enjekte edilen yakıt damlacıklarının kinetik enerjisine ve momentumuna katkı sağlayacağı ve girdaplı ortama daha hızlı ve kolay nüfuz ederek molekül ve tanecikler arası balistik çarpışma yoğunluğunu artıracağı düşünülmüştür. Bu varsayım ile taban yakıt olarak seçilen DMA-ISO8217'ye eklenecek karbon nanotüp taneciklerinin tutuşma gecikmesini uzatarak yanma verimini artırabileceği düşünülmüştür. Tutuşma gecikmesi ve yanma verimliliğindeki olası gelişmeyi belirlemek için, henüz kesin ölçüm yöntemleri tamamlanmasa da, katkı maddesi olarak diğer malzemelere göre yüksek ısıl iletkenliğe ve ısı yayma özelliklerine sahip tek ve çok duvarlı karbon nanotüpler seçilmiştir. Taban yakıt olarak kabul edilen DMA-ISO8217 hassas olarak tartılan 4 litrelik şişeler halinde TÜPRAŞ' tan temin edildi. Tek ve çok duvarlı karbon nanotüpler %95 saflıkta sırasıyla 1g ve 2g olarak NANOGRAFİ firması tarafından kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemi ile üretildi. Bu üretimde tek duvarlı karbon nanotüpün fiziki özellikleri sertifikasında belirtildi. Ancak, grafen tabakaların karmaşıklığı, ölçüm tekniği ve yöntem eksikliği nedeniyle çok duvarlı karbon nanotüplerin fiziki boyutları ölçülemedi. Ağırlığı hassas olarak ölçülen 4 adet 4 litrelik taban yakıt içine, ağırlıkları Piri Reis Üniversitesi Fizik Laboratuvarında 0,001 hassasiyette ölçülen, farklı ağırlıkta iki adet tek ve iki adet çok duvarlı karbon nano tüp ilave edildi. Elde edilen örnekler bir saat süreyle 25000 devir/dakika süratte karıştırıldı. Elde edilen test yakıtlarının özellikleri tekrar TÜPRAŞ Laboratuvarlarında sertifikalı olarak belirlendi. Test yakıtlarıyla yapılan ölçümler Yıldız Teknik Üniversitesi Otomasyon Laboratuvarında bulunan su soğutmalı, tabii hava emişli, doğrudan enjeksiyonlu, tek silindirli, yüksek devirli 3LD510 Lombardini Dizel motoru ve yük jeneratöründen oluşan düzenekte aynı yöntem ve şartlar altında gerçekleştirildi. Motor sürati, silindir-içi basınç, tork, yakıt ve hava tüketim değerleri mevcut sensörler vasıtasıyla ölçüldü. Ölçümler her test yakıtı için tam yükte, 1300-3000 RPM aralığında beş kez tekrarlandı. Ölçülen değerler AVL programı veri tabanına kaydedildi. Isı salınım miktarı, indike güç, fren-gücü, mekanik ve termal verim değerleri deneysel ölçümlerden elde edilen veriler kullanılarak sayısal olarak hesaplandı. Her test-yakıtının fiziki ve kimyasal tutuşma gecikmesi aşamasında yer alan enjeksiyon, spontane yanma ve otomatik yanmanın başladığı krank açıları ölçüm grafiklerinden belirlenerek taban yakıtla olan fark ve sapmalar belirlendi. Farklı miktarlarda SWCNT ve MWCNT içeren test yakıtlarının uzatılmış ateşleme gecikmesinin indike-güç (Pi), ısı salınımı (Q), tork (τ), yakıt tüketimi (foc), fren gücü (Pb), mekanik verimlilik ( ηmec) ve ısıl verimliliği (ηth) ikili ilişkilerle analiz edildi. Deneylerde, farklı miktarlarda SWCNT ve MWCNT içeren ve motor hızına bağlı olarak tüm test yakıtlarının tutuşma gecikmesi taban yakıt DMA-ISO8217'ye göre 0,5-1,5 derece ötelenerek uzamıştır. Her sürat kademesinde tüketilen SWCNT ve MWCNT katkılı test-yakıtı miktarı ve buna karşılık elde edilen tork dikkate alınarak hesaplanan fren-gücü göreceli olarak taban yakıt DMA-ISO8217' den yüksek olmuş, termal verim %4-6 artmıştır

Özet (Çeviri)

The importance of hydro-carbon-based liquid fuels burned by diesel engines in meeting the mechanical power requirement remains up-to-date due to cost, power and environmental problems. It is known from scientific publications that the added micro additives prolong the combustion process of bio fuels, increase the combustion efficiency by approximately 10%, and have positive results in the quantity and quality of the combustion products released into the atmosphere. On the other hand, the developing technology sheds light on the production, control and use of nanomaterials in this field. The presented work is one of these ongoing efforts. Ignition delay (ID), being the beginning of the combustion phase in diesel engines, is a multifunctional polynomial that contains irreversible chain events effecting combustion and engine efficiency. The events, factors and parameters involved in the functions that make up this polynomial are important issues studied to improve the combustion quality of the fuel. This work was done in two consecutive stage that complement each other. In the first stage, machine geometry, fuel / air relationship and cylinder dynamics, which was consider to have a dominant role in the development of ignition delay, were examined at the necessary level. Respectively Molecular-particle ballistic collision density, breakdown of Van der Waals bonds, phonon propagation, in-cylinder temperature increase and activation energy were considered as the effective events that constitute the ignition delay in this study. Stage 2 covers numerical calculations and analysis of heat dissipation, induced power, torque, braking power, fuel consumption, machine efficiency and combustion efficiency, which are affected by the prolonged ignition delay of the test fuels obtained by adding different amounts of SWCNT and MWCNT into the base fuel. It was considered that the ignition delay of carbon nanotubes bundled with fuel molecules would contribute to the kinetic energy and momentum of the injected fuel droplets in the spontaneous combustion phase, where chemical kinetics came to the fore, and would increase the molecular-particle ballistic collision density by penetrating into the turbulent environment more quickly and easily. With this assumption, it was considered that carbon nanotube particles to be added to DMA-ISO8217 selected as the base fuel could increase the combustion efficiency by extending the ignition delay. In order to determine the possible improvement in ignition delay and combustion efficiency, although the precise measurement procedures were not yet finalized, single and multi-walled carbon nanotubes with high thermal conductivity and heat dissipation properties compared to other materials were selected as additives, DMA-ISO8217 considered as the base fuel, was supplied from TÜPRAŞ in precisely weighed 4-liter bottles. Single and multi-walled carbon nanotubes were produced with 95% purity in 1g and 2g, respectively, by NANOGRAFİ Co. with chemical vapour deposition (CVD) method. The physical properties of the single-walled carbon nanotube in this production were specified in the certificate. However, the physical dimensions of multi-walled carbon nanotubes could not be measured due to the complexity of the graphene sheets and lack of measurement technology and methods. Two single and two multi-walled carbon nano tubes of different weights were added to 4 pieces of 4-liter base fuel and weighted precisely within 0.001 precision at Piri Reis University Physics Laboratory. The samples obtained were mixed for one hour at a speed of 25000 rpm. The properties of the obtained test-fuels were again determined as certified in TÜPRAŞ Laboratories. Measurements, made with test fuels, were carried out under the same method and conditions using water-cooled, natural aspirated, direct injection, single-cylinder, high-speed 3LD510 Lombardini Diesel engine in the Automation Laboratory of Yıldız Technical University. Engine speed, in-cylinder pressure, torque, fuel and air consumption values were measured by sensors. Measurements were repeated five times for each test fuel at full load, in the range of 1300-3000 RPM. The measured values were recorded in the AVL program database. The amount of heat release, indicated power, brake-power, mechanical and thermal efficiency values were calculated numerically using the data obtained from experimental measurements. The crank angles of injection, spontaneous combustion and auto-ignition in the physical and chemical ignition delay stage of each test fuel were determined from the measurement charts and compared. The difference and deviations with the base fuel were determined. Effects of extended ignition delay of test fuels with different amounts of SWCNT and MWCNT, on the indicated power (Pi), heat release (Q), torque (τ), fuel consumption (foc), braking power (Pb), mechanical efficiency (ηmec) and thermal efficiency (ηth) were analyzed with binary correlations. In the experiments, the ignition delay of all test fuels containing different amounts of SWCNT and MWCNT and depending on the engine speed was prolonged by shifting 0.5-1.5 degrees according to DMA-ISO8217. Considering the amount of SWCNT and MWCNT added test-fuel consumed at each speed stage and the torque obtained, the calculated brake-power was relatively higher than the base fuel DMA-ISO8217, and the thermal efficiency increased by 4-6%

Benzer Tezler

  1. Tez No

    409011

    Statik elektrik kaynaklı toz patlamalarının FMEA risk analizi yöntemi ile incelenmesi ve deneysel analizi

    Research on dust explosions that caused due to electrostatic discharge by evaluation of FMEA and experimental analysis

    CENGİZ DİRİK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    KazalarGediz Üniversitesi

    İş Sağlığı ve Güvenliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. DURMUŞ UYGUN

  2. Tez No

    720711

    Experimental, computational and analytical studies towards apredictive scenario for a burning accident

    Başlık çevirisi yok

    FURKAN KODAKOGLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Makine MühendisliğiWest Virginia University

    DR. COSMİN DUMİTRESCU

  3. Tez No

    465904

    Quantifying the spillover of green products on consumer attitudes and umbrella brand sales

    Cevreci (Yeşil) ürünlerin, tüketici tutumlarına ve şemsiye markanın satışlarına pozitif taşmasının hesaplanması

    BAŞAR ÖZCAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    EkonometriÖzyeğin Üniversitesi

    İşletme Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KOEN HENDRIK PAUWELS

    PROF. DR. AYŞEGÜL ZSOMER

  4. Tez No

    648701

    Assessment of seismic performance of RC members after fire exposure through large-scale testing

    Betonarme yapı elemanlarının yangın sonrası deprem performanslarının geniş ölçekli deneylerle belirlenmesi

    UĞUR DEMİR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPER İLKİ

    PROF. DR. MARK F. GREEN

  5. Tez No

    383351

    Quantifying the effect of flow rate controllers on liquid steel flow in continuous casting mold using CFD modeling

    Akış kontrolcülerinin sürekli kalıp içi sıvı çelik dökümüne etkisinin HAD modellemesi ile belirlenmesi

    KADİR ALİ GÜRSOY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MEHMET METİN YAVUZ

Geri Dön