شبیه‌سازی عددی عملکرد و آلایندگی موتور دیزل با استفاده از مخلوط سوخت دیزل– بیودیزل

ماشین های کشاورزی

مقاله 8، دوره 12، شماره 4 - شماره پیاپی 26، دی 1401، صفحه 559-574   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.2021.69149.1023

نویسندگان

سیدرضا موسوی سیدی^{* 1}؛ سید محمد رضا میری²

¹گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

²دانشجوی دکتری، گروه مهندسی بیوسیستم، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

در میان سوخت‌های جایگزین، سوخت بیودیزل به‌عنوان یک گزینه مناسب برای موتور دیزل محسوب می‌شود. در این مطالعه، سوخت بیودیزل از روغن‌های پسماند آشپزخانه به روش ترانس‌استریفیکاسیون تولید شد. بیودیزل تولیدی در نسبت‌های 5 و 10 درصد حجمی با سوخت دیزل مخلوط و بر روی موتور دیزل چهار سیلندر چهار زمانه تزریق مستقیم در سرعت‌های rpm 1100 تا rpm 1400 با گام rpm 100 تحت بار کامل در دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علوم دریایی امام خمینی (ره) نوشهر آزمایش شد. سپس جنبه آزمایشگاهی با مطالعه شبیه‌سازی انجام شده با استفاده از نرم‌افزار GT-Power اعتبارسنجی شد. نتایج نشان می‌دهد توافق خوبی بین نتایج شبیه‌سازی و آزمایشگاهی وجود دارد که حداکثر خطا در گشتاور 6.3 درصد، مصرف سوخت ویژه 4.8 درصد و در آلاینده‌های NOx و CO 5.6 درصد یافت شد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که با افزایش سرعت موتور و افزایش درصد سوخت بیودیزل مخلوط نسبت به سوخت دیزل خالص برای بیودیزل مخلوط B10، گشتاور موتور به میزان 4.4 درصد افزایش و مصرف سوخت ویژه به میزان 4.45 درصد کاهش یافت. از طرفی در مقایسه با سوخت دیزل، آلاینده NOx، 1.8 درصد افزایش و آلاینده CO، 37.67 درصد کاهش یافت. نتایج شبیه‌سازی و آزمایشگاهی نشان داد که سوخت B10 عملکرد بهتری را ارائه می‌دهد و نیز میزان آلایندگی موتور را به میزان قابل‌توجهی کاهش می‌دهد. همچنین فرایند شبیه‌سازی به دلیل کاهش هزینه‌ها و افزایش سرعت محاسبات می‌تواند نسبت به روش‌های آزمایشگاهی هزینه تحقیق را کاهش دهد.

کلیدواژه‌ها

روغن پسماند آشپزخانه؛ مدل ترمودینامیکی؛ نرم‌افزار GT-Power؛ ویژگی‌های موتور

مراجع

1. Ahmadipour, S., Aghkhani, M. H., & Zareei, J. (2021). The Effect of Compression Ratio and Alternative Fuels on the Performance of Turbocharged Diesel Engine by GT-POWER Software. Journal of Agricultural Machinery, 11, 199-212. (in Persian with English abstract). https://doi.org/ 22067/JAM.V11I2.71613.
2. Al-Dawody, F. (2017). Theoretical study for the influence of biodiesel addition on the combustion, performance, and emissions parameters of single cylinder diesel engine. Journal of University of Babylon for Pure and Applied Sciences, 25(5), 57-69.
3. Al-Dawody, M. F., Jazie, A., & Abdulkadhim Abbas, H. (2019). Experimental and simulation study for the effect of waste cooking oil methyl ester blended with diesel fuel on the performance and emissions of diesel engine. Alexandria Engineering Journal, 58, 9-17. https://doi.org/10.1016/j.aej.2018.05.009.
4. Armas, O., Yehliu, K., & Boehman, A. L. (2010). Effect of alternative fuels on exhaust emissions during diesel engine operation with matched combustion phasing. Fuel, 89, 438-456. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.09.022.
5. Aydin, H., & Bayindir, H. 2010. Performance and emission analysis of cottonseed oil methyl ester in a diesel engine. Renewable Energy, 35, 588-592. https://doi.org/10.1016/j.renene.2009.08.009.
6. Bavafa, M., Tabasizadeh, M., Farzad, A., Ghobadian, B., & Eshghi, H. (2016). Effect of poultry fat oil biodiesel on tractor engine performance. Journal of Agricultural Machinery, 6, 14-24. (in Persian with English abstract). https://doi.org/10.22067/JAM.V6I1.28488.
7. Dubey, P., & Gupta, R. (2016). Study of the performance and emission characteristics for a dual fuel powered single cylinder diesel engine. International Journal of Automotive and Mechanical Engineering, 13, 3373-3388. https://doi.org/10.15282/ijame.13.2.2016.7.0279.
8. Fu, J., Shu, J., Zhou, F., Liu, J., Xu, Z., & Zeng, D. (2017). Experimental investigation on the effects of compression ratio on in-cylinder combustion process and performance improvement of liquefied methane engine. Applied Thermal Engineering, 113, 1208-1218. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.11.048.
9. Haji Heydari, M., & Hatefi Asl, N. (2019). Simulation and numerical analysis of the effect of biodiesel fuel and low rate EG on performance and pollution in marine diesel engine. Journal of Energy Conversion, 6, 7-12.
10. Hasan, M. M., Rahman, M. M., & Kadirgama, K. (2015). A review on homogeneous charge compression ignition engine performance using biodiesel-diesel blend as a fuel. International. Journal of Automotive and Mechanical Engineering, 11, 2199-2211. https://10.15282/ijame.11.2015.3.0184.
11. Iliev, S., & Hadjiev, K. (2012). Analysis of engine speed effect on the four- stroke gdi engine performance. Proceedings in Manufacturing Systems, 7(4).
12. Khoobbakht, G. (2019). Evaluation of the Specific Fuel Costs for Combination of Diesel Fuel- Biodiesel-Bioethanol in a Diesel Engine. Journal of Agricultural Machinery, 9, 358-397. (in Persian with English abstract). https://doi.org/10.22067/jam.v9i2.64690.
13. Kinnal, N., Sujaykumar, G., D’costa, S. W., & Girishkumar, G. S. (2018). Investigation on Performance of Diesel Engine by Using Waste Chicken Fat Biodiesel. Materials Science and Engineering, 376, 012012. https://doi.org/10.1088/1757-899X/376/1/012012.
14. Menacer, B., & Bouchetara, M. (2014). Parametric study of the performance of a turbocharged compression ignition engine. Simulation, 90(12), 1375-1384. https://doi.org/10.1177/0037549714557046.
15. Metin, G., Atilla, K., Ozer, C., & FatihSahin, C. (2010). Biodiesel production from waste chicken fat-based source and evaluation with Mg based additive in a diesel engine. Renewable Energy, 35, 637-643. https://doi.org/10.1016/j.renene.2009.08.011.
16. Miri, S. M. R., Mousavi Seyedi, S. R., & Ghobadian, B. (2017). Effects of biodiesel fuel synthesized from non-edible rapeseed oil on performance and emission variables of diesel engines. Journal of Cleaner Production, 142, 3798-3808. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.10.082.
17. Nabi, M. N., & Rasul, M. G. (2019). One-Dimensional Thermodynamic Model Development for Engine Performance, Combustion and Emissions Analysis Using Diesel and Two Paraffin Fuels. Energy Procedia, 156, 259-265. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.11.139.
18. Nabi, M. N., Rasul, M. G., & Gudimetla, P. (2019). Modelling and simulation of performance and combustion characteristics of diesel engine. Energy Procedia, 160, 662-669. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2019.02.219.
19. Nguyen, K. B., Dan, T., & Asano, I. (2015). Effect of double injection on combustion, performance and emissions of Jatropha water emulsion fueled direct-injection diesel engine. Energy, 80, 746-755. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.12.033.
20. Noorollahi, Y., Azadbakht, M., & Ghobadian, B. (2018). The effect of different diesterol (diesel biodiesel ethanol) blends on small air-cooled diesel engine performance and its exhaust gases. Energy, 142, 196-200. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.10.024.
21. Osman Emiroğlua, A., Keskinb, A., & Şenb, M. (2018). Experimental investigation of the effects of turkey rendering fat biodiesel on combustion, performance and exhaust emissions of a diesel engine. Fuel, 216, 266-273. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.12.026.
22. Rahman, M. M., Mohammed, M. K., & Bakar, R. A. (2009). Effect of Air Fuel Ratio on Engine Performance of Single Cylinder Port Injection Hydrogen Fueled Engine: A Numerical Study. Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientists 2009 Vol II IMECS 2009, March 18-20, 2009, Hong Kong, 2009.
23. Ravikumar, R., Sujaykumar, G., Divakar, S. H., & Basavaraj, K. (2017). Investigation of Effect of Chicken Biodiesel Blended Diesel on Engine Performance. International Journal of Advances in Scientific Research and Engineering, 3, 2454-8006.
24. Saravanana, A., Muruganb, M., Sreenivasa Reddy, M. M., & Satyajeet, P. (2020). Performance and emission characteristics of variable compression ratio CI engine fueled with dual biodiesel blends of Rapeseed and Mahua. Fuel, 263, 116751. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.116751.
25. Sen, A. (2019). The influence of canola oil biodiesel on performance, combustion characteristics and exhaust emissions of a small diesel engine. Sakarya University Journal of Science, 23, 121-128. https://doi.org/10.16984/saufenbilder.472112.
26. Tan, P. Q., Zhi-yuan, H., Di-ming, L., & Zhi-jun, L. (2012). Exhaust emissions from a light-duty diesel engine with Jatropha biodiesel fuel. Energy, 39, 356-362. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.01.002.
27. Vallinayagam, R., Vedharaj, S., Yang, W., Lee, P., Chua, K., & Chou, S. (2014). Pine oil-biodiesel blends: A double biofuel strategy to completely eliminate the use of diesel in a diesel engine. Applied Energy, 130, 466-73. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.11.025.
28. Applied Energy, 130, 466-73. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.11.025.