Experimental investigation and multidimensional modeling of biogas effects on the diesel engine combustion characteristics - Köten, Hasan (My University, 2014)
BİR DİZEL MOTORUN YANMA KARAKTERİSTİKLERİNE BİYOGAZ ETKİSİNİN DENEYSEL İNCELENMESİ VE ÇOK BOYUTLU MODELLENMESİ Buji ateşlemeli LPG ve CNG yakıtlı motorlara alternatif olarak, bu projede, on binlerce model çalışmasından sonra sıkıştırma ile ateşlemeli biyogaz yakıtlı dizel motor tasarımı elde edilmiştir. Biyogaz yakıtı, CNG ve LPG gaz yakıtlara göre ülkemizde üretilmesinden dolayı çok ekonomiktir. Ayrıca biyogaz yüksek oktan sayısı nedeniyle dizel motorlarda kullanılmaya oldukça elverişlidir. Bu çalışmada, Türkiye’de üretilen sıkıştırılmış biyogaz (CBG) yakıtını kullanan, yakıt sarfiyatı azaltılmış, çevreci yeni bir çift yakıtlı dizel motor tasarlanmıştır. Optimizasyon çalışması esnasında 1B ve emme ve egzoz manifoldları dahil 3B HAD simülasyonları kullanılmıştır. Bu projede tasarlanan çift yakıtlı dizel motor ile özellikle motor silindirlerinde hiçbir yapısal değişiklik yapmadan CBG yakıtının kullanılması maliyetleri oldukça düşürmektedir. Tasarım aşamasında bir boyutlu (1B), üç boyutlu (3B) hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yazılımları ve çok amaçlı optimizasyon yazılımı eş zamanlı olarak kullanılmıştır. Çift yakıtlı dizel motor modellemesinde biyogaz ve dizel yakıtı ayrıca bir kod yazılarak sürükleyici yakıt olarak tanımlanmıştır. Optimizasyon çalışmasında uygun motor çalışma parametrelerini elde etmek amacıyla, CBG ve pilot dizel yakıt oranları, motor hızı, ateşleme zamanı, sıkıştırma oranı ve subap zamanlamaları farklı motor yüklerinde değişken olarak tanımlanarak yaklaşık 20000 model elde edilmiştir. HAD ile elde edilen sonuçlar test sisteminde doğrulanmıştır. Yeni tasarım sıkıştırılmış CBG dizel motor ile, tüm motor yüklerinde tek yakıtlı dizel motorlara göre oldukça düşük NOx emisyon değerleri elde edilmiştir. Ayrıca NOx ve SOOT emisyonlarının azaltılmasında CBG dizel motor en iyi performansı sağlamıştır. Bu çalışma, Marmara Üniversitesi BAPKO Birimi tarafından FEN-C-DRP-101012-0327 proje kapsamında desteklenmiştir.

EXPERIMENTAL INVESTIGATION AND MULTIDIMENSIONAL MODELING OF BIOGAS EFFECTS ON THE DIESEL ENGINE COMBUSTION CHARACTERISTICS As an alternative to LPG and CNG fueled SI engines, in this study, CBG fueled CI engine design was obtained after thousands model study. Biogas fuel is considerably economic due to the home product fuel compared to that of CNG and LPG fuels. In addition, due to the higher-octane rate, biogas is considerably adaptable for diesel engines. In this study, a new ecological dual fuel diesel engine with low fuel consumption and Compressed Bio Gas (CBG) produced in Turkey has been designed. 1D and full geometry 3D computational fluid dynamics (CFD) simulations including intake and exhaust ports were used in optimization process. Usage of CBG fuel in new designed CBG engine without any constructive change in cylinder will considerably decrease the cost. During the engine design, one dimensional (1D), three dimensional (3D) CFD codes and multi-objective optimization code were employed by coupling codes. CBG and diesel fuels were defined as leading reactants using user defined code in dual fuel diesel engine modeling. In optimization study, CBG and diesel mass flow rates, start of pilot diesel fuel injection, compression ratio, valve timing and engine speed were defined as input variables in different engine loads and evaluated about 20000 cases to define the proper operating conditions. Obtained CFD results were validated on engine test system. With this new design CBG diesel engine, significantly lower NOx emissions were emitted under dual-fuel operation for all cases compared to single-fuel mode at all engine load conditions. Moreover, CBG diesel engine provided superior performance in reductions of NOx and SOOT emissions. This project has been supported by Marmara University BAPKO institution as an entitled of FEN-C-DRP-101012-0327.
Keywords: Makine Mühendisliği; Motorlar_Çift Yakıtlı Dizel Motor; Yakıtlar_ Gaz Yakıtlar_ CNG ve LPG