Doğalgaz-dizel çift yakıtlı motorların performans ve emisyon karakteristiklerinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical analysis of performance and emission characteristics of natural gas-diesel dual fuel engines
- Tez No: 949285
- Danışmanlar: PROF. DR. SELMA ERGİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Gemi Mühendisliği, Marine Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim 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: 230
Özet
Egzoz emisyonu azaltım politikaları ve uygulanan egzoz emisyon limitleri dizel makinalarda, egzoz temizleme sistemlerini, alternatif yakıtları ve gelişmiş yanma teknolojilerinin kullanımını zorunlu kılmaktadır. Ortaya çıkan alternatif çözümlerden doğalgaz dizel çift yakıtlı motorlar, dizel motora eşdeğer termal verim ve daha düşük emisyon değerleri ile öne çıkmaktadır. Doğalgaz-dizel çift yakıtlı motorların, SOx ve PM emisyonlarını %99, toplam sera gazı emisyonlarını %25 ve NOX emisyonlarını %80 düşürme potansiyeli bulunmaktadır. Yüksek termal verim, düşük emisyon değerleri ve yakıt fiyat avantajı sebebiyle, doğalgaz dizel çift yakıtlı motorlar artan bir taleple yaygınlaşmaktadır. Ancak doğalgaz dizel motorların önemli sorunları da bulunmaktadır. Düşük motor yüklerinde düşük termal verim, yüksek metan emisyonları, yüksek çevrimsel farklılıklar başlıca sorunlardandır. Bu sorunların iyileştirilmesi amacıyla deneysel ve sayısal çalışmalar yürütülmektedir. Ancak doğalgaz dizel çift yakıtlı motorlarda performans ve emisyon karakteristiklerine etki eden tüm parametrelerin deneysel olarak incelenmesi zaman, emek ve para gerektiren bir yöntemdir. Bu sebeple doğalgaz dizel çift yakıtlı motorların sayısal analizlerinin yapılması ve bu sorunların incelenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada doğalgaz-dizel çift yakıtlı motorların performans ve emisyon karakteristikleri sayısal olarak incelenmektedir. Sayısal model CAT3401 serisine ait bir motorun teknik özellikleri ve çalışma parametreleri dikkate alınarak oluşturulmuştur. Sayısal modelde yanma, kimyasal denklemlerin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile birlikte çözümü ile modellenmiştir. Doğalgaz dizel çift yakıtlı motorlar için sunulmuş kimyasal mekanizmalardaki veri eksikliği ve kapsam darlığı sebebiyle bu çalışma kapsamında doğalgaz-dizel kimyasal mekanizması oluşturulmuştur. Bu kimyasal mekanizma kapsamlı doğrulama çalışmalarından geçirildikten sonra doğalgaz dizel çift yakıtlı motor analizleri gerçekleştirilmiştir. Doğalgaz-dizel çift yakıtlı motorlarda, doğalgaz yakıtı emme manifolduna püskürtülerek yanma havası ile birlikte silindire verilirken dizel yakıt ÜÖN civarında yanma odasına püskürtülerek yanma başlatılmaktadır. Doğalgaz-dizel çift yakıtlı motorlarda dizel yakıt kütlesi %99 oranında düşebilmektedir. Dizel yakıt kütlesinin düşüşü ile birlikte oluşan yakıt püskürtme parametreleri ve sprey karakteristikleri tek yakıtlı dizel durumunda olduğundan farklıdır. Bu sebeple çift yakıtlı motorlarda yakıt püskürtme parametrelerinin yanma performansı ve emisyon karakteristiklerine etkilerinin incelenmesi hedeflenmiştir. Ancak bir yakıt püskürtme parametresi değişirken bu değişimin sprey üzerindeki etkilerinin doğru bir şekilde modellenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, dizel yakıt kütlesinin, enjektör nozul çapının ve nozul sayısının değiştiği durumlarda yakıt püskürtme parametrelerinin belirlenmesini sağlayan bir yöntem tarif edilmektedir. Bu yöntemde bilgisayar destekli çizim programı ile 3 boyutlu sabit hacimli sprey analiz modeli bir arada kullanılarak bir yakıt püskürtme parametresinde gerçekleşen değişimin etkileri izole edilerek yakıt püskürtme şartları belirlenmiştir. Bu çalışma kapsamında bir doğalgaz dizel motor düşük, orta ve yüksek yüklerde sayısal olarak incelenmiştir. Düşük yüklerde sorunların daha fazla olması sebebiyle düşük yükte (%25 yük) 32MPa, 50 MPa, 90 MPa ve 126 MPa enjektör basınçlarında ve %0, %25, %50, %75 ve %90 doğalgaz dizel yakıt oranlarında analizler gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın devamında nozul çapı değerleri 230 μm değerinden 150 μm değerine kadar 20 μm aralıklara düşürülerek analizler tekrarlanmıştır. Belirli durumlarda nozul çapları 130 μ ve 110 μm değerlerine düşürülerek analizler tekrarlanmıştır. Düşük yüklerde nozul sayısının etkilerini incelemek amacıyla 6 nozullu duruma ek olarak 8 ve 10 nozula sahip durumlar incelenmiştir. Düşük motor yükü analizleri tamamlandıktan sonra orta yük (%50) ve yüksek yük (%75) koşullarında %75 ve %90 DDYO durumlarında sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Orta ve yüksek yük koşullarında %0 DDYO durumu yalnızca sayısal model doğrulama amacıyla çalışılmıştır. %25 ve %50 DDYO durumları orta ve yüksek yüklerde incelenmemiştir. Orta ve yüksek yüklerde 32MPa, 50 MPa, 90 MPa ve 126 MPa enjektör basınçlarında analizler gerçekleştirilmiştir. Enjektör basınç analizlerinin tamamlanmasının ardından her bir enjektör basıncında nozul çapı değerleri 230 μm değerinden 110 μm değerine kadar 40 μm aralıklara düşürülerek analizler tekrarlanmıştır. Düşük motor yükü analizleri, DDYO artışına bağlı olarak metan emisyonlarının arttığını, yanma hızının ve kararlılığının düştüğünü, genişleme strokunda ötelenen yanmanın eksik yanmaya sebebiyet verdiğini göstermektedir. Referans koşullarda motorda 32 MPa enjektör basıncı ve 230 μm nozul çapı ile analizler gerçekleştirilmiştir. Düşük yüklerde ve yüksek DDYO durumlarında enjektör basınç artışının yanma hızını ve termal verimi arttırdığı buna bağlı olarak metan emisyonlarının düştüğü gözlenmiştir. %75 DDYO' da enjektör basıncı 32 MPa' dan 126 MPa' ya arttırıldığında ortalama efektif basınç değerinde %6.7' lik yükseliş gözlenmiştir. Metan emisyonları yaklaşık 21 g/kWh değerinden 6 g/kWh değerine düşmüştür. İs emisyonları %75 ve %90 DDYO durumunda 1 mg/kWh değerinin altına düşmektedir. Ancak yüksek DDYO' da azalan dizel yakıt miktarına bağlı olarak yakıt püskürtme süreleri kısalmakta ve enjektör kontrolü kaynaklı çevrimsel farklılıklar artmaktadır. Yakıt püskürtme sürelerini uzatmak ve yanma kontrolünü iyileştirmek amacıyla nozul çapları düşürülerek analizler gerçekleştirilmiştir. Yüksek DDYO' da ve yüksek enjektör basınçlarında nozul çapının düşüşü yanma performansını ve emisyon karakteristiklerini iyileştirmiştir. %75 DDYO, 150 μm nozul çapı ve 126 MPa enjektör basıncı şartlarında tek yakıtlı dizel durumun termal verimine eşdeğer verim elde edilmiştir. Referans durumda yaklaşık 21 g/kWh olan CH4 emisyonu 4.7 g/kWh değerine düşmüştür. CO2 gazı yüksek DDYO oranlarında azalmaktadır. Ancak artan metan emisyonu CO2 gazından 100 yıllık periyotta 28 kat daha fazla sera gazı etkisine sahiptir. Bu sebeple toplam sera gazı etkisi değerlendirilmiştir. %75 DDYO durumunda maksimum verimin elde edildiği koşullarda toplam sera gazı emisyonu tek dizel yakıtlı durumdan %13 daha yüksektir. % 90 DDYO durumunda en yüksek termal verimin elde edildiği senaryoda tek yakıtlı dizel durumdan yaklaşık %14 daha düşük termal verim elde edilmiştir. Metan emisyonları 77 g/kWh değerinden 17 g/kWh değerine düşmüştür. Düşük yükte gerçekleştirilen çalışmalar yüksek basınç ve düşük nozul çapı kombinasyonlarının yüksek DDYO değerlerinde motor performansı ve emisyon karakteristiklerini iyileştirdiğini göstermektedir. Ayrıca dizel yakıtın daha uzun sürelere yayılarak püskürtülmesinin yanma hızını iyileştirdiği tespit edilmiştir. Orta yük ve yüksek koşullarında gerçekleştirilen yanma analizlerinde OEB değerlerinin bağıl olarak daha dar bir aralıkta değiştiği görülmektedir. Enjektör basıncının artışı ile birlikte yanmanın safhalarını ifade eden CA50 ve CA90 değerlerinin kısaldığı görülmüştür. Orta yükte %75 DDYO değerinde 126 ve 90 MPa basınç değerlerinde, MBAH limit değerinin aşıldığı görülmektedir. Ancak enjektör basıncının 126 MPa ve 90 MPa değerine yükselmesi ile birlikte orta yük koşulunda sınırlı iyileşmeler görülmektedir. Orta yükte %75 DDYO koşulunda CH4 emisyonları incelendiğinde 5-9 g/kWh değişen emisyon değerleri tespit edilmiştir. %90 DDYO durumunda metan emisyon değerleri 2.5-5 g/kWh değerlerine düşmektedir. Orta yükte %90 DDYO durumunda metan emisyonlarının düşüşü ile birlikte toplam sera gazı etkisi değeri tek yakıtlı dizel duruma eş seviyeye gelmiştir. %75 ve %90 DDYO durumunda azot oksit emisyonları incelendiğinde %75 DDYO' da NOx değerlerinin 5-8 g/kWh, %90 DDYO durumunda 2-5 g/kWh aralığında değiştiği görülmektedir. Orta yük analizlerinde dikkat çeken bir diğer durum, %90 DDYO' da CH4 ve NOx emisyonlarının eş zamanlı olarak düşmesidir. Yüksek motor yüklerinde yapılan analizlerde öncelikle dikkat çeken nokta OEB değerlerinin bağıl olarak %2 gibi oldukça dar bir aralıkta gerçekleşmesidir. Yüksek yük analizlerinde dikkat çeken bir diğer nokta MBAH değerlerinin 90 ve 126 MPa basınç değerlerinde limit değer 13 bar/KA' yı aşmasıdır. 90 ve 126 MPa enjektör basınçlarında ancak 150 μm ve 110 μm nozul çapı değerleri kullanılarak 13 bar/KA maksimum basınç artış hızı limitlerinin altına düşülebilmektedir. CA50 ve CA90 değerleri nozul çapı ile ters orantılı olarak hareket etmektedir. Yüksek yük koşullarında %75 DDYO durumunda metan emisyonları birkaç çalışma koşulu dışında 2.1 ile 2.6 g/kWh aralığında değişmektedir. %90 DDYO durumunda CH4 emisyonu 1.1 ile 1.5 g/kWh aralığında değişmektedir. Yüksek yük koşullarında %90 DDYO durumunda elde edilen minimum CH4 emisyonu değeri kullanılarak toplam sera gazı etkisi değerlendirilmiştir. Dizel tek yakıtlı motora kıyasla %90 DDYO durumunda toplam sera gazı etkisinin %9 oranında düştüğü gözlenmiştir. Çift yakıtlı motorlarda emisyonların eş zamanlı olarak düşürebilmesi için yüksek-DDYO değerlerinde çalışması gerekmektedir. Yüksek DDYO ve düşük yüklerde kötüleşen yanma performansı ve termal verimin enjektör basınçlarının 90 MPa-126 MPa civarına yükselmesiyle birlikte iyileştiği görülmektedir. Ancak çevrim başına düşen dizel yakıt kütleleri daha düşük nozul çapları kullanımını gerektirmektedir. 150 μm ile 110 μm aralığındaki nozul çapı değerlerinin genel olarak başarılı sonuçlar verdiği görülmüştür. Orta ve yüksek yüklerde, yüksek enjektör basıncı kullanımı ile silindir içi basınç artış hızlarının limit değerleri aştığı görülmüştür. Yüksek enjektör basınçları ile 150 μm-110 μm aralığındaki nozul çapı değerleri kullanımı, maksimum basınç artış hızı limitlerine uygun MBAH değerleri elde edilmesini sağlamıştır. Doğalgaz dizel çift yakıtlı motorlarda enjektör basıncı ve nozul çapının optimal değerlerinin belirlenmesi ile yüksek yüklerden düşük yüklere kadar geniş bir çalışma aralığında dizel motor verimine eşdeğer verim elde edilebileceği ve bu çalışma aralığında PM ve SOx emisyonlarının egzoz gazı temizleme sistemlerine gerek kalmadan limitlere uyum sağladığı görülmektedir. NOx emisyonlarının dizel yakıtlara kıyasla düşük elde edilse dahi düşük yüklerde iyileştirilmesi gerektiği görülmektedir. CH4 emisyonlarında düşük yüklerde dahi metan kaçağı limitlerinin sağlanabildiği ancak iyileştirme potansiyelinin de bulunduğu görülmüştür. Metan emisyonlarında yapılacak iyileştirmelerle yalnızca yüksek yüklerde değil, motorun tüm çalışma şartlarında toplam sera gazının azaltılabileceği görülmektedir.
Özet (Çeviri)
Diesel engines have been commonly used as the main engines in marine vehicles due to their efficiency and reliability. However, diesel combustion produces high levels of NOx and PM emissions. Additionally, the higher sulfur content of marine-type fuel oil causes significant SOx emissions. Also ships are considered one of the significant contributors to the GHG. Due to adverse effects of exhaust emissions on the environment and human health, emissions reduction regulations have gradually been introduced to limit these pollutants. Emissions reduction and decarbonization policies require significant reduction in exhaust emissions of diesel engines. To meet these regulations, advanced combustion technologies, alternative fuels and exhaust aftertreatment systems must be implemented in diesel engines. Among the emerging cleaner power technologies natural gas diesel dual fuel diesel engine is one of the promising alternative. Natural gas-diesel dual fuel engines have the potential to operate with diesel-like efficiency with significantly lower exhaust emissions. Natural gas and air are in premixed condition prior to diesel fuel injection. Due to high levels of premixed charge, combustion temperatures are considerably lower than those in conventional diesel engines. Due to lower combustion temperatures, NDDF engines have the potential to reduce NOx emissions up to 80%. Furthermore high levels of premixed condition lead to a reduction up to 99% in PM emissions. Also natural gas does not contain sulfur and it has higher hydrogen to carbon ratio than diesel fuel. The higher H/C ratio of natural gas, lead to a reduction of up to 25% in GHG emissions. Finally, the adoption of higher level of natural gas/diesel fuel ratio offer to eliminate SOx emissions. Moreover, the cost of natural gas is approximately 40% lower than that of low-sulfur diesel fuels. Despite these advantages, NDDF engines suffer several issues that require improvement. Particularly at low loads, lower thermal efficiency, higher methane slip and higher cyclic variations are primary challenges. To address these issues, both experimental and numerical studies have been conducted. However, to address all the parameters that influence the performance and emission characteristics of NDDF engines is a time-consuming, labor-intensive, and costly process. Therefore, computational studies engines are essential to address and improve the challenges in NDDF engines. This study performes a detailed numerical investigation on the performance and emission characteristics of NDDF engines with computational fluid dynamics. The numerical model of CAT 3401 series engine was constructed using its technical specifications and operating parameters. Simulations were performed using ANSYS Forte (2021) software. This model capable to couple chemical kinetics with fluid dynamics to evaluate combustion process occur in internal combustion engines. This method have been widely preferred in combustion analyses. However, due to the lack of data and limited scope of natural gas-diesel dual fuel mechanism publicly available in literature, an natural gas- diesel dual fuel mechanism developed within the scope of this study. After comprehensive validation procedure, natural gas diesel dual fuel mechanism (DFM) was coupled with ANSYS Forte (2021 R1) to simulate NDDF combustion. In natural gas–diesel dual-fuel engines, natural gas is injected into the intake manifold and introduced to the cylinder along with the intake air. Air and natural gas are in the homogeneously mixed condition at the end of the compression stroke. Diesel fuel is injected directly into the mixture of natural gas and air mixture in cylinder. Diesel spray ignites the combustion and spray dynamics influence combustion. In this concept natural gas is the primary source of the fuel energy can be as high as 99% of the total fuel energy. The reduction in the diesel fuel mass per cycle cause challenges in the spray modelling. Injection paremeters and spray characteristics in NDDF engines significantly differ from conventional diesel engines. Given that diesel fuel ignites combustion and has a substantial influence on combustion, this study aims to investigate the effects of fuel injection parameters on combustion performance and emission characteristics. However, in order to investigate these effects, it is necessary to identify and model how a change in one fuel injection parameter influences spray behavior. These interactions cannot be automatically determined in numerical models. The details of the fuel injection process such as injeciton rate and injection duration must be defined as initial conditions within the spray model. Therefore, to analyze fuel injection parameters, the influence of a change in one parameter on the other injection parameters must first be determined. In this study, a method is proposed to determine fuel injection parameters under varying conditions of diesel fuel mass, injector nozzle diameter, and the number of nozzles. In the proposed approach, a computer-aided design (CAD) program is used in combination with 3-d spray box simulations. This approach aims to isolate and quantify the effects of a change in a single fuel injection parameter on combustion performance and emissions characteristics. Estimated injection parameters such as injection rate and injection duration are then used as initial conditions in spray models. In this study, simulations were performed under low (25%), medium (50%) and high (75%) load conditions in NDDF engines. Due to higher numbers of issues encountered at low loads, detailed analyses were conducted at 25% engine load for injection pressures of 32 MPa, 50 MPa, 90 MPa, and 126 MPa. These simulations were performed under several natural gas energy fractions (NGEF) of 0%, 25%, 50%, 75%, and 90%. Following the simulations under different NGEF conditions and injection pressures, simulations were repeated with nozzle hole diameters from 230 μm to 150 μm in 20 μm intervals. In certain cases, simulations were performed with nozzle hole diameters of 130 μm and 110 μm. Furthermore, the effects of nozzle number were investigated at low load conditions. In addition to the baseline 6-nozzle configuration, 8 and 10 nozzle configurations were performed. Following the low load simulations, medium (50%) and high (75%) load conditions were performed in NDDF engines. However, simulations were performed under 75%, and 90% NGEF conditions at medium and high engine loads. 0% NGEF conditions were performed at mid and high loads only validation purposes. At medium and high loads, simulations were performed with injector pressures of 32 MPa, 50 MPa, 90 MPa, and 126 MPa. Following the injection pressure simulations, the effects of nozzle hole diameter were investigated by reducing NHD from 230 μm to 110 μm in 40 μm intervals and simulations were repeated. Low load simulation results demonstrate that higher NGEF ratios lead to a rise in methane emissions, a decrease in combustion rates, and incomplete combustion caused by delayed combustion during the expansion stroke due to lower temperatures. Under reference conditions, simulations were performed with an injection pressure of 32 MPa and a nozzle hole diameter of 230 μm. At low loads and high NGEF ratios, an increase in injection pressure improve combustion and thermal efficiency. Furthermore, an increase in injection pressure lead to a reduction in CH4 emissions. At 75% NGEF, the increase of injection pressure from 32 MPa to 126 MPa resulted in a CH4 reduction from approximately 21 g/kWh to 6 g/kWh. This reduction accompanies with an improvement in brake mean effective pressure (BMEP) by 6.7%. Moreover, soot emissions were found to be lower than 1 mg/kWh at both 75% and 90% NGEF conditions. However, an increase in NGEF leads to a reduction in the amount of diesel fuel per cycle. At 75% NGEF, 18.1 mg of diesel is injected per cycle. At elevated injection pressure values, fuel injection duration was reduced to as low as 2.6 crank angle degrees at 75% NGEF. This duration further decreased to 1.6 crank angle degrees at 90% NGEF. Such lower injection durations lead to an increase in cyclic variations. Since diesel fuel ignites and significantly affects combustion, its rapid injection decreases control over the combustion. Then combustion is governed by in-cylinder dynamics. To improve spray characteristics under those conditions, smaller nozzle hole diameters were investigated to increase injection duration and improve combustion control. At high NGEF and elevated injection pressure conditions, a reduction in nozzle hole diameter from 230 μm, significantly improved combustion performance and emission characteristics. Under the conditions of 75% NGEF, 150 μm NHD and 126 MPa injection pressure, thermal efficiency equivalent to that of conventional diesel operation was achieved. Methane emissions values of 21 g/kWh at 32 MPa and 230 μm condition was reduced to 4.7 g/kWh. Due to the higher H/C ration of natural gas, CO₂ emissions decreased at at higher NGEF conditions. However, methane emissions increase with an increase in NGEF at low loads. Since methane has a global warming potential that 28 times higher than CO₂ over a 100-year period, total greenhouse gas (GHG) impact was evaluated. The conditions that maximum thermal efficiency was achieved at NGEF %, total GHG emissions were found to be 13% higher than those of conventional diesel condition. The case that has highest thermal efficiency value among 90% NGEF conditions was found to be 14% lower than that of conventional diesel condition. However, when the thermal efficiency values of 90% NGEF condition are evaluated, an improvement was achieved up to 35%. Methane emissions decreased from 77 g/kWh to 17 g/kWh. Following low load simulations, medium and high load conditions were investigated. Mid-load and high-load simulations revealed that the indicated mean effective pressure (IMEP) varies within a relatively narrower interval than those of low load conditions. At medium and high load conditions, higher maximum pressure rise rates (MPRR) values were observed at elevated injection pressures. On the other hand, only limited improvements were observed in MEP values. At medium load condition with 75% NGEF, CH4 emissions were found to range between 5 and 9 g/kWh. CH4 emissions decreased up to 2.5 g/kWh at %90 NGEF and ranging between 2.5–5 g/kWh. The levels of 2.5 g/kWh CH4 emissions lead to a decrease in the total GHG values of NDDF engine to the same level with the conventional diesel engines. An increase in the NGEF ratio lead to decrease in NOx emission levels. At 75% NGEF, NOx emissions range between 5 and 8 g/kWh. When the NGEF increased to 90%, NOx emissions range between 2 and 5 g/kWh. The NOx and CH4 emission values at 90% NGEF simultaneously decreased compared to 75% NGEF conditions. Following mid-load conditions, high-load simulations were performed. The results indicated that the estimated indicated mean effective pressure (IMEP) values range between 2% interval of baseline value. Additionally, simulation results demonstrate that maximum pressure rise rate (MPRR) exceeded the limit value of 13 bar/CA at injection pressures of 90 MPa and 126 MPa. At these injection pressures, the MPRR values could only be reduced below the 13 bar/CA limit by using 150 μm and 110 μm nozzle hole diameters. CH4 emission values showed significant reductions at high load. At 75% NGEF, methane emissions were observed to vary between 2.1 and 2.6 g/kWh. Only a few conditions were observed that have a higher CH4 emission than 2.6 g/kWh. At 90% NGEF conditions, CH₄ emissions were further reduced, ranging from 1.1 to 1.5 g/kWh. Using the minimum CH₄ emission value at 90% NGEF conditions, the total greenhouse gas (GHG) impact was evaluated. Compared to conventional diesel operation, the total GHG impact under 90% NGEF conditions was found to be reduced by 9%. The simulation results of low-to-high load conditions demonstrate that, to eliminate multiple emissions simultaneously, an NDDF engine should operate at higher NGEF ratios. However, high NGEF conditions cause challenges at low-loads, such as lower thermal efficiency, higher methane emissions and higher cyclic variations. It was found that increasing the injection pressure to 90–126 MPa levels significantly improves both combustion performance and thermal efficiency. However, due to the reduced diesel fuel mass per cycle, smaller nozzle hole diameters are required to achieve stable operation. Nozzle hole diameters in the range of 150 μm to 110 μm generally yielded higher combustion performance and lower emissions. At medium and high engine loads, it was observed that higher injection pressures lead to higher maximum pressure rise rate (MPRR) values than allowable limits. Reducing nozzle hole diameters to 150 μm -110 μm range under high injection pressure conditions provide lower MPRR values than acceptable limits. By determining the optimal injection pressure and nozzle diameter values in NDDF engines, thermal efficiency values equivalent to those of diesel engines can be achieved over a wide range of operating conditions—from high to low loads. Additionally, in this operating range, PM and SOₓ emissions comply with regulatory limits without requiring exhaust gas aftertreatment systems. Although NOₓ emissions were generally lower than those from conventional diesel combustion, further improvements are necessary at low loads. Methane emissions were found to comply with methane slip limits even at low loads. However, further reductions in CH4 emission are necessary to achieve lower GHG emissions. In this way it is possible to benefit from the greenhouse gas (GHG) reduction potential of natural gas not only at high loads, but across the entire operating range of the engine.
Benzer Tezler
- Doğalgaz kullanılan çift yakıtlı bir dizel motorunda biyoyakıt ve katkı maddesi kullanımının kısmi yüklerdeki performans ve emisyon karakteristiklerine etkileri
Effects of biofuel and additive usage on the partial load performance and emission characteristics of a dual-fuel diesel engine fueled with natural gas
GÖKHAN ERGEN
Doktora
Türkçe
2011
Mühendislik BilimleriSakarya ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT KARABEKTAŞ
- Çift yakıtlı sıkıştırmalı ateşlemeli bir motorda yanmanın üç boyutlu modellenmesi
Three dimensional modelling of a dual fuel compression ignition engine
MUHAMMET AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEM SORUŞBAY
- Comparative study of combustion modes in internal combustion engines using CFD simulations
İçten yanmalı motorlarda farklı yanma modlarının SAD yaklaşımı kullanarak karşılaştırılması
MOBIN MAJIDI DOLAT ABADI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEM SORUŞBAY
- Biyogazın çift yakıtlı bir dizel motorunda ana yakıt olarak kullanımının deneysel incelenmesi
Experimental investigation of use as a major fuel in a dual fuel diesel engine of biogas
EMRE AYTAV
- Otobüs dizel motorlarında alternatif yakıt olarak sıkıştırılmış doğalgaz kullanımı
Use of compressed natural gas as an alternative fuel for diesel-powered urban buses
MEHMET MUTLU