Hibrit nanopartikül ilavesinin bir dizel motorun performans, yanma ve emisyon karakteristiklerine etkilerinin incelenmesi

Bu tez çalışmasında, mono ve hibrit nanopartikül kullanımının bir dizel motorun yanma, performans ve emisyon karakteristikleri üzerindeki etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu bağlamda, üç farklı nanopartikül tipi (Al2O3, bN ve CuO) ve bunların ikili hibrit formları (CuO-Al2O3, bN-CuO ve bN-Al2O3) geleneksel dizel yakıt ile ultrasonikasyon yöntemi kullanılarak kütlesel olarak 250, 500 ve 1000 ppm miktarlarında karıştırılmıştır. Ayrıca, testler nanopartikül içermeyen geleneksel dizel yakıt (D100) ile de gerçekleştirilmiş ve referans veriler elde edilmiştir. Testler tek silindirli, hava soğutmalı bir dizel motorda, 2400 rpm sabit motor devrinde ve 3, 6, 9, 12 Nm değişken motor yüklerinde gerçekleştirilmiştir. Nanopartikül kullanımın dizel yakıtın ısıl değerini, setan sayısını ve viskozitesini artırdığı gözlemlenmiştir. Test motoru nanopartikül takviye edilmiş test yakıtları ile çalıştırıldığında, motorun yanma, performans ve emisyon karakteristiklerinde önemli oranlarda iyileşmeler saptanmıştır. Nanopartikül takviyesi ile, tutuşma gecikmesi sürelerinin %4,20 ile %13,75 aralığında kısaldığı görülmüştür. Ayrıca, nanopartiküllerin katalizör görevi üstlenip yanma süreci boyunca kimyasal reaksiyonları hızlandırması sayesinde ortalama yanma sürelerinde %6,93'ten %11,73'e kadar kısalmalar saptanmıştır. Tüm test yakıtları arasında, en kısa yanma süresi CuO-Al2O3 hibrit nanopartikül kullanılan yakıtta elde edilmiştir. Öte yandan, frenleme özgül yakıt tüketimi (ÖYT) ve ısıl verim (IV), tüm nanopartikül içerikli test yakıtlarında gelişme göstermiştir. ÖYT değerinde en büyük düşüş, yanma süresinin de en kısa sürdüğü CuO-Al2O3 hibrit test yakıtı ile %11,08 oranında gözlemlenirken, aynı test yakıtı için ısıl verim de %6,57 oranında artmıştır. Yanma sürelerinin kısalması, üstün ısı iletim kabiliyetleri, geniş yüzey/hacim oranı ve gelişen motor performansı, nanopartikül içerikli test yakıtlarında daha düşük egzoz gazı sıcaklığı ve daha düşük NOx emisyonlarını tetiklemiştir. Nanopartikül ilavesi ile birlikte NOx emisyonları için hesaplanan düşüş oranı %8,5 ile %25,8 aralığında değişmektedir. Ayrıca, CO ve HC gibi eksik yanma ürünlerinde de tüm nanopartikül içerikli test yakıtlarında önemli seviyelerde düşüşler gözlemlenmiştir. CO emisyonundaki ortalama düşüş %18,7 ile %34,4 aralığında iken bu oran HC emisyonları için %4,2 ile 20,3 aralığında kalmıştır. Tüm sonuçlar bir arada düşünüldüğünde ise, geleneksel dizel yakıt ile birlikte nanopartiküllerin kullanımı hem enerji verimliliği hem de çevresel hususlar açısından oldukça umut verici sonuçlar sunmaktadır. Ayrıca, hibrit nanopartikül kullanımı ile birlikte motor karakteristikleri üzerindeki iyileşmelerin mono nanopartikül kullanımına göre genelde daha iyi sonuçlar verdiği de gözlemlenmiştir.