Search

Yenilenebilir ve çevre dostu bir yakıt olan biyodizelin dizel yakıtı ile kıyaslandığında en önemli avantajlarından bazıları, parlama noktası sıcaklığının ve setan sayısının yüksek olmasıdır. Enerji Piyasası Düzenleme Kurulu tarafından yayınlanan “Motorin türlerine biodizel harmanlanması” hakkındaki tebliğe göre, 1.1.2018 tarihinden itibaren biyodizelin hacimsel olarak %0.5 oranında motorine ilave edilmesi zorunlu hale getirilmiştir. Ayrıca, Avrupa Parlamentosu’nun 2003/30/EC sayılı biyoyakıtlar konulu direktifi, üye ülkelerin 2020 yılında en az %10 oranında yenilenebilir yakıtların kullanımını mecburi hale getirmiştir. Dünyada ve ülkemizde bu denli önemli bir noktaya gelen biyodizelin birçok üstün özelliklerine rağmen, üretim maliyeti ve viskozitesi yüksektir. Üretim maliyetinin yüksek olması biyodizelin daha yaygın olarak kullanılmasını engellerken, viskozitesinin yüksek olması ise motor performansı ve eksoz emisyonlarını olumsuz yönden etkilemektedir. Bu yüzden, sunulan çalışmada, viskozitenin ve üretim maliyetinin azaltılması için, transesterifikasyona etki eden parametrelerin üretilen atık kızartma yağı biyodizelinin viskozitesine etkileri tam bir matris şeklinde incelenerek en düşük viskoziteyi veren reaksiyon parametreleri belirlenmiştir. Optimum parametrelere göre üretilen biyodizelin viskozite değeri, farklı çalışmalarda üretilen biyodizellerin viskozite değerleri ile kıyaslanmıştır. Deney sonuçlarına göre, %1.25 oranında potasyum metoksit ve 10.5:1 alkol/yağ mol oranında etil alkol kullanılarak 70 ℃ reaksiyon sıcaklığında ve 121 dk. reaksiyon süresi sonunda üretilen biyodizelin 3.595 mm2/s (cSt) ile en düşük viskoziteye sahip olduğu belirlenmiştir. Üretilen biyodizelin yakıt özelliklerinin EN 14214 standardına uygun olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, bu çalışmada elde edilen viskozite değerinin (3.595 mm2/s) literatürdeki diğer çalışmalarda elde edilen viskozite değerlerine göre daha düşük olduğu belirlenmiştir.

Termodinamik analiz (enerji veekserji analizi) ile içten yanmalı motorların performans değerlendirmesi dahaetkili şekilde yapılabilir. Sunulan bu çalışmada, tek silindirli bir dizel motorundayakıt olarak mısır yağı metil esteri kullanımı, termodinamik açıdanincelenmiştir. Tam yük (%100) ve 2000 d/dk çalışma şartında motorda saf mısıryağı biyodizeli ve saf dizel yakıtı kullanılarak gerçekleştirilen motordeneylerinden termodinamik analiz için gerekli veriler sağlanmıştır. Çalışmadanelde edilen sonuçlara göre motorda yakıt olarak mısır yağı biyodizeli kullanıldığındamotorun özgül yakıt tüketimi, %11,89 oranında artarken, motorun özgül enerji tüketimi%2,25 oranında azalmıştır. Her iki yakıt kullanımında motorun ikinci yasaverimi aynı olmasına rağmen biyodizel kullanımında motorun birinci yasa verimi%0,76 oranında artmıştır. Toplam ekserji yıkımı dizel yakıtı ve biyodizel içinsırasıyla 6,77 kW ve 6,67 kW olarak hesaplanmıştır. Termodinamik açıdan birdeğerlendirme yapıldığında mısır yağı biyodizelinin dizel motorları için uygunbir alternatif yakıt olduğu söylenebilir.

Bu çalışmada, metanolün ve metil tersiyer bütil eterin (MTBE) benzine katılmasının buji ateşlemeli motorun performansına, karbon monoksit (CO) emisyonuna ve yakıt fiyatına etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Yakıt karışımları metanol ve MTBE’nin farklı hacimsel oranlarda (%5, 10, 15, 20) belirli bir hacimdeki benzine katılmasıyla hazırlanmıştır. Böylece metanol-benzin karışımları M5, M10, M15, M20 ve MTBE-benzin karışımları MTBE5, MTBE10, MTBE15, MTBE20 şeklinde adlandırılmıştır. Deneyler, tam gaz durumunda, değişken devir sayılarında, farklı sıkıştırma oranı ve farklı ateşleme avansı değerlerinde gerçekleştirilmiştir. M5 ve MTBE10 karışımları en iyi ortalama efektif basınç değerlerini (dolayısıyla en yüksek güç ve moment değerlerini) verirken M20 ve MTBE15 karışımları en iyi efektif verim değerlerini (dolayısıyla en düşük özgül yakıt tüketimi değerlerini) vermiştir. Aynı zamanda M20 ve MTBE10 karışımları ile en düşük CO emisyonu değerleri elde edilmiştir. Sunulan çalışmada Türkiye’deki güncel fiyatlara ve yakıt karışımlarının özgül yakıt tüketimi değerlerine dayalı bir maliyet analizi yapılmış olup metanol ve MTBE karışımlarının fiyatları Türkiye’de metanol ve MTBE fiyatlarının yüksek olması sebebiyle benzine göre yüksek çıkmıştır. Ayrıca, deneysel sonuçların güvenirliğini göstermek için çalışmada belirsizlik analizi uygulanmış ve ölçüm cihazlarından kaynaklanan belirsizliklerin motor karakteristiklerini öenmli ölçüde etkilemediği görülmüştür, This study is concerned with investigating experimentally the effects of methanol and Methyl tert-Butyl Ether (MTBE) blending to base gasoline on the performance CO emissions and fuel cost of a spark ignition (SI) engine. The fuel blends were prepared by addition 5, 10, 15, and 20 vol % of methanol and MTBE with a specified amount of base gasoline. The methanol- and MTBE-gasoline blends were designated as M5, M10, M15, M20, and MTBE5, MTBE10, MTBE15, MTBE20, respectively. Experiments were conducted under various engine speeds, spark timings (STs), and compression ratios (CRs). The engine was operated under wide-open throttle conditions. The results of the study showed that the M5 and MTBE10 blends yield the best engine performance in terms of the brake mean effective pressure (bmep), while the M20 and MTBE15 blends are the best performers in terms of brake thermal efficiency (bte). Moreover, M20 and MTBE10 blends give the minimum CO emission values. The economical analysis performed in the study is based on both the current blending fuel prices in Turkey and brake specific fuel consumption (bsfc) of the engine while using gasoline, methanol-gasoline, and MTBE-gasoline blends. It was obtained that, in contrast to the improvement of engine performance, efficiency and CO emissions, methanol and MTBE blends caused increases in fuel costs because of the expensive methanol and MTBE prices in Turkey. Uncertainty analysis was also performed in this study, and it was found that; the uncertainties in the measurement devices do not have noticeable influences on the variations of engine characteristics

ÖZET Pistonlu Motorların Silindirleri İçerisindeki Gaz Akışlarının Emme Stroku Boyunca Sayısal Olarak İncelenmesi İçten yanmalı pistonlu motorların çalışması sırasında meydana gelen çeşitli olayların yapısı oldukça karmaşıktır. Motorların karmaşık geometrik yapılan içinde aynı anda bir çok fiziksel süreç meydana gelmekte ve bunlar birbirlerini etkilemektedir. Bu süreçlerden motor silindirleri içerisindeki akış olayı; türbülans üretimi, yakıt-hava karışımı ve yanma olayları üzerinde önemli bir rol oynar ve motor performansım Önemli düzeyde etkiler. Günümüzde motor tasarımcıları içten yanmalı motorların ısıl verimini artırmaya ve istenmeyen eksoz emisyonlarını azaltmaya çalışmaktadırlar. Çalışmalar, akışın çok-boyutlu olarak tahmin edilmesini gerektirmektedir. Ancak deneysel teknikler deneme-yanılma yöntemine dayanmakta; oldukça zaman alıcı ve pahalı olmakta ve edinilen bilgiler çok sınırlı düzeylerde kalmaktadır. Bu nedenle tasarımcılar, motor silindiri içerisindeki olayları tahmin etmede sayısal yöntemlere büyük umutlar bağlamışlardır. Son zamanlarda silindir içi akışkan hareketlarinin hesaplanmasında çok-boyutlu matematiksel modellerin kullanılmasına eğilim gittikçe artmaktadır. Bununla birlikte, şu ana kadar bu tür az sayıda çalışmanın deneysel verilerle kapsamlı olarak karşılaştırılması yapılmıştır. Sunulan çalışmanın konusu; pistonlu motorlarda emme stroku boyunca silindir içerisindeki akışın sayısal olarak incelenmesidir. Bu amaçla k-t türbülans modeli ve `duvar kanunları` sınır koşullarının kullanıldığı bir bilgisayar programı geUştirilmiştir. Akışı gösteren diferansiyel denklemlerin sayısal çözümünde `sonlu kontrol hacmi` yaklaşımı ve Patankar taralından geliştirilmiş olan SIMPLE algoritması kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar Gosman ve arkadaşları taralından yapılmış olan sayısal çalışmalarla ve ayrıca Morse taralından yapılmış olan ölçümlerle karşılaştırılmış ve ilerideki çalışmalar için ümit verici oldukları görülmüştür. Sonuçlarda ortaya çıkan bazı uyuşmazlıkların tam olarak bilinmeyen sınır koşullarından ve/veya kullanılan türbülans modelinin yetersizliklerinden kaynaklandığı düşünülmektedir. Anahtar kelimeler: Pistonlu motorlarda akış, k-e türbülans modeli, Sonlu kontrol hacmi yöntemi, Hybrid (Merkezi/upwind) aynklaştırma yaklaşımı. vı SUMMARY Numerical Analysis of Gas Flows During Intake Stroke in the Cylinders of Reciprocating Engines The nature of the various events in reciprocating internal combustion engines are very complicated. Many physical processes occur and act on each other in their complex geometries. Among these processes, the flow in the cylinders play an important role on generation of turbulence, fuel-air mixing and combustion, thus exerts great influence on engine performance through these processes. At the present time, engine designers try to improve the thermal efficiency and to reduce the undesirable exhaust emissions using sophisticated devices for the flow control. These design efforts require the prediction of flow in multi dimensions, but experimental techniques based on trial and error methods are time consuming and expensive to perform, and moreover information obtained from them is very limited. Therefore, the designers have began to set greater hopes on numerical methods to predict what happens in the engine cylinder, especially at the early stage of design. So, recently there has been an increasing trend to apply multidimensional models for computing fluid motion in internal combustion engines. However, so far, few detailed comparisons of the predictions with the experiments have been done. The objective of this study is to perform a two-dimensional numerical analysis of the flow during intake stroke in the cylinders of a reciprocating engines. For this reason, a computer code developed which employs fc-e turbulence model and the `law of the wall` boundary conditions. Numerical solution method of the governing equations is based on the SIMPLE technique of Patankar with the `finite control volume` approach. Comparisons of the velocity and turbulent intensity field have been made with that prediction by Gosman et al. and measurements by Morse. The results of computations were generally encouraging. However, discrepancies were observed which are attributed to either or both unknown boundary conditions or shortcomings in the k-z model used. Key Words: Flow in the rciprocating engines, k~e turbulence model, Finite control volume method, Hybrid (central/upwind) discretisation scheme. vn 100