تحلیل انرژی موتور دیزل با استفاده از مخلوط‌های سوختی دیزل و بیودیزل حاوی نانو ذرات اکسید گرافن

ماشین های کشاورزی

مقاله 5، دوره 12، شماره 3 - شماره پیاپی 25، مهر 1401، صفحه 319-329   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.2021.67098.0

نویسندگان

میثم اسحقی پیره؛ محمد غلامی پرشکوهی^* ؛ داود محمدزمانی

گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، واحد تاکستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران

چکیده

در این تحقیق وضعیت تعادل گرمایی در یک موتور دیزل تک سیلندر، چهار زمانه و آب‌خنک با کاربرد نانوذرات اکسید گرافن در مخلوط‌های سوختی دیزل- بیودیزل بررسی شد. نانوذرات اکسید گرافن در سه سطح 30، 60 و 90 پی‌پی‌ام به مخلوط‌های بیودیزل-دیزل (نسبت‌های حجمی صفر، 5 و 20 درصد بیودیزل) اضافه شد. آزمایش‌ها در شرایط بار کامل و سرعت 1500 دور در دقیقه انجام شد. نتایج ارزیابی مدل پیش‌بینی توان مفید خروجی، توان معادل آلاینده‌های خروجی اگزوز و توان معادل تلفات گرمایی سیستم خنک‌کننده نشان داد که مدل نمایی برازش بهتری داشت. با افزودن بیودیزل و نانو ذرات اکسید گرافن به سوخت دیزل توان مفید کاهش یافت. به‌طوری‌که با افزودن 60 پی‌پی‌ام اکسید گرافن و 20 درصد بیودیزل به سوخت دیزل، توان مفید خروجی به کمترین مقدار خود رسیده و در حدود 5.52 درصد کاهش یافت. به‌منظور دستیابی به بیشترین توان مفید خروجی و با اولویت افزودن بیودیزل به مقدار بالا، ترکیب سوختی90 پی‌پی‌ام اکسید گرافن و 20 درصد بیودیزل به‌طور نسبی دارای شرایط بهتری بود. با افزودن 30 پی‌پی‌ام اکسید گرافن به سوخت دیزل خالص، توان معادل دود اگزوز به کمترین مقدار خود رسیده و در حدود 18.5 درصد کاهش یافت. در حالت کلی تلفات گرمایی از طریق سیستم خنک‌کننده در سوخت دیزل خالص نسبت به سایر ترکیبات سوختی پایین‌تر بود.

کلیدواژه‌ها

اکسید گرافن؛ انرژی؛ بیودیزل؛ مدل‌سازی؛ نانو ذرات

مراجع

1. Abbasi, S., H. Bahrami, B. Ghobadian, and M. Kiani Deh Kiani. 2018. Energy analysis of a diesel engine using diesel and biodiesel from waste cooking oil. Journal of Agricultural Machinery 8 (1): 149-157. (In Persian). DOI: http://doi.org/10.22067/jam.v8i1.58988.
2. Abedin, M. J., H. H. Masjuki, M. A. Kalam, A. Sanjid, and S. M. A. Rahman. 2015. Thermal balancing of a multi-cylinder diesel engine operating on diesel, B5 and palm biodiesel blends. Journal of Clean Energy Technologies 3: 115-118. DOI: 7763/JOCET.2015.V3.178.
3. Chen, A. F., M. A. Adzmi, A. Adam, M. F.Othman, M. K. Kamaruzzaman, and A. G. Mrwan. 2018. Combustion characteristics, engine performances and emissions of a diesel engine using nanoparticle-diesel fuel blends with aluminium oxide, carbon nanotubes and silicon oxide. Energy Conversion and Management 171: 461-477. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.06.004.
4. Bavafa, M. 2014. Biodiesel production of fowl fatness oil and evaluation of diesel-biodiesel fuel blends on performance and exhaust emissions parameters in a diesel engine. Ferdowsi University of Mashhad. (In Persian).
5. Gharehghani, A. 2020. Experimental Investigation of the Effect of Nano-particle Concentrations on the First and Second Laws efficiency in CIengine fueled with Diesel/Biodiesel blend. Modares Mechanical Engineering 20 (8): 2009-2016. 1001.1.10275940.1399.20.8.17.2.
6. Gharehghani, A., R. Hosseini, M. Mirsalim, S. A. Jazayeri, and T. Yusaf. 2015. An experimental study on reactivity controlled compression ignition engine fueled with biodiesel/natural gas. Energy 89: 558‐ https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.06.014.
7. Hosseini, S. H., A. Taghizadeh-Alisaraei, B. Ghobadian, and A. Abbaszadeh-Mayvan. 2017. Effect of Added Alumina as Nano-Catalyst to Diesel-Biodiesel Blends on Performance and Emission Characteristics of CI Engine. Energy 124: 543-552. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.02.109.
8. Jabraeili, M., R. Pourdarbani, B. Najafi, and A. Nematlahzadeh. 2020. Investigation of the impact of SiO₂_Al₂O₃ nano-composite to biodiesel-diesel fuel on performance and emission of a diesel engine. Fuel and Combustion 13 (2): 25-39. (In Persian).
9. Khalife, E., M. Tabatabaei, A. Demirbas, and M. Aghbashlo. 2017. Impacts of additives on performance and emission characteristics of diesel engines during steady‐state operation. Progress Energy and Combustion Science 59: 32‐ https://doi.org/10.1016/j.pecs.2016.10.001.
10. Mrad, N., E. G. Varuvel, M. Tazerout, and F. Aloui. 2012. Effects of biofuel from fish oil industrial residue- Diesel blends in diesel engine. Energy 44: 955-963. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.04.056.
11. Mitchell, M. R., R. E. Link, M. J. Kao, C. C. Ting, B. F. Lin, and T. T. Tsung. 2008. Aqueous aluminum nano fluid combustion in diesel fuel. Journal of Testing and Evaluation 36 (2): 503-512. DOI: 1520/JTE100579.
12. Özcan, H., and M. Söylemez. 2006. Thermal balance of a LPG fuelled, four stroke SI engine with water addition. Energy Conversion and Management 47: 570-581. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2005.05.019.
13. Prabu, A., and R. B. Anand. 2015. Emission control strategy by adding alumina and cerium oxide nano particle in biodiesel. Journal of the Energy Institute 89 (3): 366-372. https://doi.org/10.1016/j.joei.2015.03.003.
14. Rostami, S., B. Ghobadian, L. Savadkouhi, and R. Ebrahimi. 2010. Experimental investigation effect of injection pressure on performance in a diesel engine using diesel and biodiesel blends. Journal of Engine Research 6: 73-82. (In Persian).
15. Said, N. H., F. N. Ani, and M. F. M. Said. 2015. Review of the production of biodiesel from waste cooking oil using solid catalyst. Journal of Mechanical Engineering and Sciences 8: 1302-1311. DOI: 15282/jmes.8.2015.5.0127.
16. Taymaz, I. 2003. An experimental study of energy balance in low heat rejection diesel engine. Energy 31: 364-371. https://doi.org/10.1016/j.energy.2005.02.004.
17. Vellaiyan, S., and K. S. Amirthagadeswaran. 2016. Zinc oxide incorporated water‐in‐diesel emulsion fuel: Formulation, particle size measurement, and emission characteristics assessment. Petroleum Science Technology 34 (2): 114‐ https://doi.org/10.1080/10916466.2015.1122621.
18. Yuksel, F., and M. A. Ceviz. 2002. Thermal balance of a four stroke SI engine operating on hydrogen as a supplementary fuel. Energy 28: 1069-1080. https://doi.org/10.1016/S0360-5442(03)00090-2.