مطالعه تجربی تاثیر اختلاط سوخت دیزل و بیودیزل بر مشخصه های گشتاور ترمزی و مصرف ویژه سوخت در موتوردیزل

محورهای موضوعی : کشاورزی و محیط زیست

سوده شقاقی ¹ , محمد قهدریجانی ² , محمدهادی دهرویه ³

1 - گروه مهندسی مهندسی سیستم های کشاورزی ، دانشکده علوم کشاورزی و صنایع غذایی، واحدعلوم تحقیقات تهران، ایران.
2 - استادیار گروه مهندسی سیستم های کشاورزی، دانشکده علوم کشاورزی و صنایع غذایی، واحد علوم تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران. *(مسوول مکاتبات)
3 - استادیار گروه مهندسی ماشین های کشاورزی، دانشکده کشاورزی، واحد رودهن، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

تاریخ دریافت : 1398/08/21 تاریخ پذیرش : 1399/08/24 تاریخ انتشار : 1402/08/01

کلید واژه: دیزل, سطح پاسخ, مصرف سوخت, بیودیزل, گشتاور,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف : هر سال به طور مداوم تعداد موتو‌رهای دیزل به دلیل داشتن بازده زیاد، اقتصاد سوخت و تولید گاز‌‌‌های گلخانه‌ای کم، افزایش می‌یابد. بیودیزل به عنوان سوخت‌های جایگزین مهم که از منابع تجدیدپذیر بدست می‌آید مورد توجه زیادی قرارگرفته‌اند. این سوخت‌ها میزان اکسیژن خوبی دارندبنابراین پتانسیل بسیاربالایی برای کاهش آلایندگی دارند. روش بررسی : در این تحقیق به بررسی تاثیر بار و سرعت موتور و همچنین درصدهای مختلف اختلاط سوخت های دیزل، بیودیزل بر روی مشخصه های عملکردی موتور دیزل پرداخته شد. طراحی آزمایش ها با استفاده از روش آماری سطح پاسخ و نقاط بهینه متغیرهای مستقل به منظور کمینه و یا بیشینه کردن سطوح پاسخ، به‌دست آمد. یافته ها: نتایج نشان داد که با افزایش میزان درصد بیودیزل در سوخت های اختلاط یافته، گشتاور ترمزی افزایش می یابد. از بین متغیرهای مستقل مشخصه های بار و سرعت موتور بیشترین میزان تاثیر را بر روی گشتاور موتور داشته است. بیشترین میزان گشتاور برای سوخت (D36B64) بدست آمد. میزان مصرف ویژه سوخت با افزایش درصد بیودیزل در سوخت های اختلاط یافته نسبت به سوخت دیزل افزایش یافت و کمترین میزان مصرف سوخت ویژه در سوخت دیزل خالص بدست آمد. بحث و نتیجه گیری : با توجه به نتایج بیشترین میزان گشتاور Nm 55/315 برای سوخت (D36.12B63.88) و کمترین میزان گشتاور به میزانNm 44 مربوط به سوخت دیزل خالص (D100B0) بود. براساس نتایج مصرف ویژه سوخت کمترین میزان در حالت بارکامل و درسرعت دورانی 2323 دور بر دقیقه و برای سوخت دیزل خالص (D100B0) اتفاق می افتد ،همچنین بیشترین میزان مصرف ویژه سوخت در بار اعمالی 67 درصد موتور و سرعت دورانی 2800 دور بر دقیقه برای سوخت بیودیزل خالص (D0B100) و به مقدار 304 گرم بر کیلو وات ساعت رخ می دهد. نتایج حاصل از بهینه سازی چند هدفه نشان داد که بیشترین میزان مشخصه های عملکردی در بار کامل (100%) و سرعت 1984دور بر دقیقه و موتور و برای ترکیب سوختی D22B78، درصد اتفاق می افتد (با مطلوبیت 91 درصد) رخ داد.

چکیده انگلیسی:

Background and Objective: The number of diesel engines is increasing every year due to high yield and fuel economy and low greenhouse gas emission. Especially biodiesel and ethanol have been considered as major alternative fuels as they are derived from renewable sources. These fuels are well oxygenated and therefore have a great potential to reduce emissions. Material and Methodology: The effect of engine load and speed and different percentages of diesel-biodiesel fuel blends on the performance characteristics of a diesel engine was investigated. Experiments were designed by response surface method (RSM), and optimal levels for independent variables were obtained to minimize or maximize response levels. Findings: According to the results, brake torque increased with increasing biodiesel level in fuel blends. Among independent variables, engine load and speed had the greatest impact on engine torque. The maximum torque was obtained for the fuel blend D36B64. Specific fuel consumption increased with increasing biodiesel level in fuel blends in comparison with the diesel fuel. The least specific fuel consumption was obtained for pure diesel fuel. Discussion and Conclusion: According to the results, the highest torque was 315.55 Nm for fuel (D36.12B63.88) and the lowest torque was 44 Nm for pure diesel fuel (D100B0). According to fuel consumption results, the lowest fuel consumption occurs at 2323 rpm and for pure diesel fuel (D100B0). Also, the highest specific fuel consumption occurs at 67% engine load and 2800 revolutions per minute for pure biodiesel fuel (D0B100) at 304 g / kW. The results of multi-objective optimization indicated that the highest performance characteristics occurred at full load (100%) and engine speed of 1984 rpm for the fuel blend D22B78 (with a desirability of 91%).

منابع و مأخذ:

1. Subbaiah, G. V., K. R. Gopal, and S. A. Hussain. 2010. The Effect of Biodiesel and Bioethanol Blended Diesel Fuel on the Performance and Emission Characteristics of a Direct Injection Diesel Engine. Iranica Journal of Energy and Environment , 3: 211-221


2. Noor, M.M. Mohd Noor, C.W. Mamat, R. 2018. Biodiesel as alternative fuel for marine diesel engine applications. A review pp. 127-142 .


3. Othman, M.F. Adam, A. Najafi, G. Mamat, R. 2017. Green fuel as alternative fuel for diesel engine: A review. Renew. Sustain. Energy Rev., 80, pp. 694-709 .


4. Nedayali A, Shirneshan A. 2010. Experimental study of the effects of biodiesel on theperformance of a diesel power generator. Energy Environ ,27:553–65.


5. Shirneshan A, Almassi M, Ghobadian B, Borghei AM, NajafiG.2016. Response surfacemethodology (RSM) based optimization of biodiesel-diesel blends and investigationof their effects on diesel engine operating conditions and emission characteristics.Environ Eng Manage J ,15:2771–80.[3]


6. Mustak R. 2018. Effect of Blending Various Biodiesels with Diesel on performance and Emissions of Diesel Engine. An International Scientific journal ,94:287-297


7. Mianzarasvand F, Shirneshan A, Afrand M. 2017. Effect of electrically heated catalyticconverter on emission characteristic of a motorcycle engine in cold-start conditions:CFD simulation and kinetic study. Appl Therm Eng , 127:453–64.


8. Bavafa, M., M. Tabasizadeh, A. Farzad, B. Ghobadian, and H. Eshghi. 2014. Effect of poultry fat oil biodiesel on tractor engine performance. Journal of Agricultural Machinery 6 (1): 14-24.


9. Mohon, W. Wang, M. Alawi. 2014. Performance and emissions of a diesel engine fueled by biodiesel–diesel, biodiesel – diesel-additive and kerosene – biodiesel blends, Energy Conversion and Management, Vol. 84, pp. 164–173.


10. Sivaramakrishnan. 2018. Investigation on Performance and emission Characteristics of a Variable compression multi fuel engine fuelled with Karanja biodiesel-diesel blend, Egyptian Journal of Petroleum, Pages 177-186.


11. Myers RH, Montgomery DC. 2002. Response Surface Methodology. Process and Product Optimization Using Designed Experiments, 2nd ed.; John Wiley & Sons ,New York.


12. Castillo ED. 2007. PROCESS OPTIMIZATION: A Statistical Approach. New York: Springer.


13. Hulwan DB, Joshi SV. 2011. Performance, emission and combustion characteristic of a multicylinder DI diesel engine running on diesel–ethanol–biodiesel blends of high ethanol content. Applied Energy , 88 : 5042–5055.


14. Zhu L, Cheung CS, Zhang WG, Huang Zh. 2010. Emissions characteristics of a diesel engine operating on biodiesel and biodiesel blended with ethanol and methanol. Science of the Total Environment ,408 : 914–921.


15. Aydin H, Ilkilic C. 2010. Effect of ethanol blending with biodiesel on engine performance and exhaust emissions in a CI engine. Applied Thermal Engineering ,30: 1199–1204.


16. Xue J. Combustion characteristics, engine performances and emissions of waste edible oil biodiesel in diesel engine. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 23 :350–365.