Düşük viskoziteli atık kızartma yağı biyodizelinin üretimi ve yakıt demeti karakteristiklerinin sayısal olarak incelenmesi
Production of waste cooking oil biodiesel with low viscosity and numerical investigation of its spray characteristics
Yazar: MERT GÜLÜM
Danışman: PROF. DR. ZEHRA ŞAHİN
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alternatif yakıtlar = Alternative fuels ; Biyodizel = Biodiesel ; Pistonlu motorlar = Reciprocating engines

Özet:
Tez çalışmasının ilk aşamasında, CH3ONa ve CH3OK katalizör olarak, CH3OH alkol olarak kullanılarak transesterifikasyon reaksiyonuyla atık kızartma yağından biyodizel üretilmiştir. Bunun için, katalizör oranı, reaksiyon sıcaklığı, reaksiyon süresi ve alkol/yağ mol oranının üretilen biyodizelin viskozitesine olan etkileri tam bir matris şeklinde incelenmiştir. Tez çalışmasının ikinci aşamasında ise, üretilen biyodizelin, dizel yakıtının ve biyodizel-dizel yakıtı karışımlarının (B5, B10, B15 ve B20) yakıt demeti özellikleri, (nüfuz derinliği, Sauter ortalama damlacık çapı, yakıt demeti açısı ve hacmi) farklı püskürtme basınçları (100 MPa, 200 MPa ve 300 MPa), karşı-hava yoğunlukları (15 kg/m3 ve 30 kg/m3), enjektör delik çapları (0,08 mm, 0,16 mm, 0,32 mm ve 0,64 mm) ve yakıt sıcaklıkları (295,15 K, 309,15 K, vs.) için Ansys Fluent paket programı kullanılarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, 8:1 alkol/yağ mol oranı, 1 katalizör (CH3OK) oranı, 55 reaksiyon sıcaklığı ve 53 dakika reaksiyon süresinin optimum değerler olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, biyodizel-dizel yakıtı karışımları ısıtıldıklarında ve genel olarak karşı-hava yoğunluğu azaltıldığında, veya püskürtme basıncı ve enjektör çapı artırıldığında yakıt demeti özelliklerinin neredeyse saf dizel yakıtınınkine benzer olduğu görülmüştür.

Abstract:
In the first stage of the thesis, waste cooking oil biodiesel was produced with transesterification using CH3ONa and CH3OK as the catalyst, and CH3OH as the alcohol. For this, the effects of catalyst concentration, reaction temperature, reaction time and alcohol/oil molar ratio on the viscosity of produced biodiesel were investigated as a full matrix. In the second stage of the thesis, the spray characteristics (spray penetration, Sauter mean diameter, spray angle and spray volume) of the produced biodiesel, diesel fuel and biodiesel-diesel fuel blends (B5, B10, B15 and B20) were numerically investigated via Ansys Fluent software under different injection pressure (100 MPa, 200 MPa and 300 MPa), ambient-air density (15 kg/m3 and 30 kg/m3), nozzle hole diameter (0,08 mm, 0,16 mm, 0,32 mm and 0,64 mm) and fuel temperature (295,15 K, 309,15 K, etc.). According to the results, the alcohol/oil molar ratio of 8:1, catalyst (CH3OK) concentration of 1 , reaction temperature of 55 and reaction duration of 53 minutes were found to be optimal. Moreover, it was found that when the biodiesel-diesel fuel blends are heated, ambient-air density is reduced, or injection pressure and nozzle hole diameter are increased, the spray characteristics of biodiesel-diesel fuel blends are similar to those of diesel fuel.