Experimental and theoretical investigation of the effect of ammonia additive on engine emission and performance parameters
[ X ]
Tarih
2021
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Adana Alparslan Türkeş Bilim ve Teknoloji Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Bu çalışma kapsamında, yakıt katkısı olarak NH3'ün (Amonyak) motor emisyonu, performansı ve titreşim parametreleri üzerindeki etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Birincil yakıt olarak ayçiçeği, yer fıstığı, fındık ve atık yağ biyodizeli üretilmiştir. Bu çalışmada, üretilen tüm biyodizel çeşitleri NH3 katkısı ile %5, %10 ve %15 hacim oranlarında harmanlanmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde, NH3 katkısının motor emisyonu ve performans parametreleri üzerindeki etkilerini sayısal olarak gözlemlemek için yanma simülasyon programı olarak Diesel-RK kullanılmıştır. Yanma simülasyonları, tüm yakıt karışımlarının termal özelliklerine ve karakteristiklerine göre oluşturulmuştur. Motor emisyonu (Azot Oksitleri (NOx), Partikül Madde (PM) ve Duman Opaklığı) ve performans (Güç, Tork ve Gösterilen Ortalama Etkili Basınç (IMEP)) parametreleri değerlendirildi. Çalışmanın ikinci bölümünde, tüm yakıt karışımları için NH3 katkısının etkilerini gözlemlemek için motor titreşimi deneysel olarak incelenmiştir. Tüm karışımlar, Mitsubishi Canter 4D31 dizel motor kullanılarak değişen motor devrinde (1200-2400 rpm) yüksüz koşullarda yakılmıştır. Tüm yakıt karışımları için motor bloğuna yerleştirilen ivmeölçer sensörü ile deneysel titreşim verileri kaydedilmiştir. YSA modeli, deneysel titreşim verilerini tahmin etmek için oluşturulmuştur. Bu anlamda tahmin edilen titreşim verileri deneysel titreşim verileri ile karşılaştırılmıştır. YSA modelinin oluşturulması kısmında x ekseni titreşimi (m/s2), y ekseni titreşimi (m/s2), RMS (m/s2), zaman (saniye) ve motor hızı (rpm) z eksenindeki titreşimi tahmin etmek için giriş parametreleri olarak seçilmiştir. Bu durumda, z ekseni titreşimi (m/s2) hedef parametre olarak kabul edildi. Diesel-RK programının yanma simülasyonları sonucunda, yakıt karışımında NH3 katkısı kademeli olarak artırıldığında, NOx emisyonu tüm yakıt karışımları için önemli ölçüde azalmıştır. Bu azalmanın aksine PM ve duman opaklığında belirli bir artış gözlenmiştir. Ayrıca NH3 katkısı motor gücü, tork ve IMEP parametrelerini olumsuz etkilemiştir. Deneysel çalışmalarda %5, %10 ve %15 NH3 katkısı ile harmanlanmış ayçiçeği ve atık yağ biyodizelinde hafif bir z ekseni titreşim artışı gözlemlenmiştir. Öte yandan, %5 NH3 katkısı fındık ve fıstık biyodizel-NH3 katkı karışımları için z ekseni titreşim verilerini olumlu etkilemiş ve azalmasına neden olmuştur.
In the scope of this study, the effects of the NH3 (Ammonia) as a fuel additive on the engine emission, performance, and vibration parameters were experimentally investigated. The sunflower, peanut, hazelnut, and waste oil biodiesel were produced as primary fuel. All produced biodiesel varieties were blended with NH3 additive at volumetric ratios of 5%, 10%, and 15%. In the first part of the study, Diesel-RK was used as a combustion simulation programme to observe numerically the effects of NH3 additive on the engine emission and performance parameters. The combustion simulations were generated according to the thermal properties and characteristic of all fuel mixtures. The engine emission (Oxides of Nitrogen (NOx), Particulate Matter (PM) and Smoke Opacity) and performance (Power, Torque, and Indicated Mean Effective Pressure (IMEP)) parameters were evaluated. In the second part of the study, the engine vibration was experimentally investigated to observe the effects of the NH3 additive for all fuel mixtures. All mixtures were combusted under no-load conditions in varying engine speed (1200-2400 rpm) by using the Mitsubishi Canter 4D31 diesel engine. Experimental vibration data were recorded with the accelerometer sensor placed on the engine block for all fuel mixtures. The ANNs model was generated to predict the experimental vibration data. In this sense, the predicted vibration data were compared with the experimental vibration data. In the generation part of the ANNs model, the x-axis vibration (m/s2), y-axis vibration (m/s2), RMS (m/s2), time (second), and engine speed (rpm) were selected as input parameters to predict the vibration in the z-axis. In this case, the z-axis vibration (m/s2) was considered as the target parameter. As a result of the combustion simulations of the Diesel-RK programme, when the NH3 additive was gradually increased in the fuel mixture, NOx emission dramatically decreased for all fuel mixtures. On the contrary to this decrement, a particular increment was observed in PM and smoke opacity. Moreover, the NH3 additive negatively affected the engine power, torque and IMEP parameters. In the experimental studies, a slight z-axis vibration increment was observed for the sunflower and waste oil biodiesel blended with 5%, 10%, and 15% NH3 additive. On the other hand, 5% NH3 additive positively affected and caused to decrease the z-axis vibration data for the hazelnut and peanut biodiesel-NH3 additive mixtures.
In the scope of this study, the effects of the NH3 (Ammonia) as a fuel additive on the engine emission, performance, and vibration parameters were experimentally investigated. The sunflower, peanut, hazelnut, and waste oil biodiesel were produced as primary fuel. All produced biodiesel varieties were blended with NH3 additive at volumetric ratios of 5%, 10%, and 15%. In the first part of the study, Diesel-RK was used as a combustion simulation programme to observe numerically the effects of NH3 additive on the engine emission and performance parameters. The combustion simulations were generated according to the thermal properties and characteristic of all fuel mixtures. The engine emission (Oxides of Nitrogen (NOx), Particulate Matter (PM) and Smoke Opacity) and performance (Power, Torque, and Indicated Mean Effective Pressure (IMEP)) parameters were evaluated. In the second part of the study, the engine vibration was experimentally investigated to observe the effects of the NH3 additive for all fuel mixtures. All mixtures were combusted under no-load conditions in varying engine speed (1200-2400 rpm) by using the Mitsubishi Canter 4D31 diesel engine. Experimental vibration data were recorded with the accelerometer sensor placed on the engine block for all fuel mixtures. The ANNs model was generated to predict the experimental vibration data. In this sense, the predicted vibration data were compared with the experimental vibration data. In the generation part of the ANNs model, the x-axis vibration (m/s2), y-axis vibration (m/s2), RMS (m/s2), time (second), and engine speed (rpm) were selected as input parameters to predict the vibration in the z-axis. In this case, the z-axis vibration (m/s2) was considered as the target parameter. As a result of the combustion simulations of the Diesel-RK programme, when the NH3 additive was gradually increased in the fuel mixture, NOx emission dramatically decreased for all fuel mixtures. On the contrary to this decrement, a particular increment was observed in PM and smoke opacity. Moreover, the NH3 additive negatively affected the engine power, torque and IMEP parameters. In the experimental studies, a slight z-axis vibration increment was observed for the sunflower and waste oil biodiesel blended with 5%, 10%, and 15% NH3 additive. On the other hand, 5% NH3 additive positively affected and caused to decrease the z-axis vibration data for the hazelnut and peanut biodiesel-NH3 additive mixtures.
Açıklama
Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Anahtar Kelimeler
Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
