Nano titanyum-dioksit katkılı yakıt karışımlarının bir dizel motorda kullanımının araştırılması
Investigation of the use of nano titanium-dioxide doped fuel mixtures in a diesel engine
Yazar: AYTAÇ ATMACA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET ALİ KALLİOĞLU
Batman Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Eurodizel yakıtına farklı konsantrasyonlarda (25 ppm, 50 ppm, 75 ppm ve 100 ppm) TiO₂ nano-partikül katkı maddesi eklenerek, tek silindirli bir dizel motorda yanma, performans ve emisyon parametreleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Artan nanopartikül konsantrasyonlarının test yakıtlarında başlangıç durumu olan saf dizel yakıtıyla karşılaştırıldığında, yanma analizlerinde silindir iç basıncı ve net ısı salınımının arttığı gözlemlenmiştir. Performans parametrelerinden efektif verim ve egzoz gazı sıcaklığı artarken, özgül yakıt tüketimi ve özgül enerji tüketimi değerleri azalmıştır. Emisyon değerlerinde ise NOx hariç, CO, HC ve duman emisyonlarının başlangıç durumuna göre azaldığı tespit edilmiştir. Bu azalış ve artış eğilimleri, nanopartikül dozajıyla paralellik göstermektedir. Deneysel bulgulardan elde edilen veriler, ikinci aşamada Yanıt Yüzeyi Metodu (RSM) kullanılarak sekiz farklı matematiksel model oluşturulmuştur. Oluşturulan eşitlikler, nanopartikül konsantrasyonu ve motor yükü girdi parametrelerine dayanmakta olup, R² ≥ 0,9090 istatistiksel sonuçları elde edilmiştir. Elde edilen tüm veriler, beş farklı koşula göre optimum TiO₂ miktarını ve motor yükünü belirlemek için optimize edilmiştir. Tüm modellerde optimum nanopartikül oranının 100 ppm ve motor yükünün 0,3 OEB ile 2,89 OEB arasında değişkenlik gösterdiği belirlenmiştir. Bu sonuçlar, performans ve emisyonlar arasında bir denge kurulmasının önemini vurgulamaktadır. Bu çalışmayla, içten yanmalı motorlarla ilgili gelecekteki araştırmalarda hem akademik hem de endüstriyel kullanıcılara rehberlik etmeyi amaçlamaktadır.

Abstract:
In this study, TiO₂ nanoparticle additives were added to Eurodiesel fuel at different concentrations (25 ppm, 50 ppm, 75 ppm and 100 ppm) and their effects on combustion, performance and emission parameters in a single cylinder diesel engine were investigated. It was observed that increasing nanoparticle concentrations increased the cylinder internal pressure and net heat release in combustion analyses compared to the starting state of pure diesel fuel in test fuels. Among the performance parameters, effective efficiency and exhaust gas temperature increased, while specific fuel consumption and specific energy consumption values decreased. In emission values, except NOx, CO, HC and smoke emissions have decreased compared to the initial condition. These decreasing and increasing trends are in parallel with the nanoparticle dosage. Eight different mathematical models were created by using the Response Surface Method (RSM) in the second stage. The equations are based on the input parameters of nanoparticle concentration and engine load, and statistical results of R² ≥ 0.9090 were obtained. All data obtained were optimised to determine the optimum TiO₂ amount and engine load according to five different conditions. In all models, it was determined that the optimum nanoparticle ratio was 100 ppm and the engine load varied between 0.3 BMEP and 2.89 BMEP These results emphasise the importance of establishing a balance between performance and emissions. This study aims to guide both academic and industrial users in future research on internal combustion engines.