Soğutma sisteminde nanoakışkan kullanımının motor performansına ve emisyonlarına olan etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of nanofluid use on engine performance and emissions in cooling system
Yazar: ABDULKADİR İZGİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TAHSİN YÜKSEL
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Bilimleri ve Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Araç motorlarındaki soğutma sisteminin görevi; soğukta donmasını, sıcakta hararet yapmasını önlemek dışında yanmaya, özgül yakıt tüketimine, egzoz emisyon değerlerine vb. parametrelere de etkidiği bilinmektedir.
Bu çalışmada, turbo dizel bir aracın soğutma sistemine %50 antifriz-%50 su karışımı ve bu baz karışıma 0.001 ve 0.002 oranlarında Al2O3, SiO2, TiO2 nanoakışkanları ilave edilerek aracın şasi dinamometresinde farklı motor devirlerindeki (2000, 2500, 3000, 3500, 4000 dev/dk) motor performans değerleri ölçülmüştür. Ayrıca aynı karışım değerleri için farklı devirlerde (1000, 2000, 3000, 4000 dev/dk) çalıştırılan motorun CO, CO2, HC, NO, O2 emisyon değerleri ve soğutma sistemindeki sıcaklık değerleri tespit edilmiştir. Deneylerin gerçek bir taşıt üzerinde bulunan motor kullanılarak gerçekleştirilmesi ve gerçek şartlar altında çalışan motorun soğutma sistemlerinde kullanılacak nanoakışkan karıştırılmış soğutucu akışkanların sisteme etkisi daha net gözlemlenebilmiştir. Baz akışkana eklenen aynı nanoakışkanların farklı oranlardaki kıyaslamaları arasında baz akışkana eklenen nanoakışkan miktarları arttıkça ısı iletiminin arttığı da görülmüştür. 3000 dev/dk'dan sonra karışım içerisindeki sıvının buharlaşmasıyla nanoparçacık yoğunluğu artmış ve ısıl iletimin düştüğü gözlemlenmiştir.
Gerçek şartlarda yapılan emisyon ölçümünde, emisyon değerlerini etkileyebilecek parametrelerin fazla olmasına rağmen sonuçların çoğunda baz akışkana eklenen nanoakışkanlar, emisyon değerlerinde önemli bir etki göstermemiştir.
Performans ölçümün süreci sonunda, baz akışkana eklenen nanoakışkanın motor soğutma sisteminde kullanımı genelde performans değerine bir katkı sağlamamıştır. Baz akışkanla kıyaslanan baz akışkana eklenmiş nanoakışkanlı soğutucuların arasındaki fark küçük değerlerde kalmıştır.
Deneyler sonrası boşaltılan soğutucu akışkan karışımlarından eşit miktarlarda numuneler alınarak nanoakışkanın baz akışkanda çökelme durumları günlük olarak gözlemlenmiştir. Çökelme deneyinde kullanılan nanoakışkanlardan durgun haldeki baz akışkanıyla en iyi homojenize olan ve uzun sürede çökelen nanoakışkan SiO2, en kısa sürede çökelen nanoakışkan ise Al2O3 olarak gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Nanoakışkan, Motor Performansı, Egzoz Emisyonları, Soğutma Sistemi

Abstract:
Department of Energy Science and Technology Engineering Supervisor: Dr.Öğr. Tahsin YUKSEL 2021, 55+xv pages
The task of the cooling system in vehicle engines; Apart from preventing it from freezing in the cold and overheating in the heat, it has a significant effect on combustion, specific fuel consumption, exhaust emission values, etc. known to affect the parameters.
In this study, a mixture of 50% antifreeze-50% water in the cooling system of a turbo diesel vehicle and Al2O3, SiO2, TiO2 nanofluids in the ratio of 0.001 and 0.002 to this base mixture were added to the vehicle's chassis dynamometer on the (2000, 2500, 3000, 3500, 4000 rpm) engine performance were measured. In addition, CO, CO2, HC, NO, O2 emission values and temperature values in the cooling system of the engine operated at different speeds (1000, 2000, 3000, 4000 rpm) for the same mixture values were determined. The effect of nanofluid mixed refrigerants to be used in the cooling systems of the engine operating under real conditions and the effect of the experiments on the system can be observed more clearly. Among the comparisons of the same nanofluids added to the base fluid at different rates, it was observed that the heat conduction increased as the amount of nanofluid added to the base fluid increased. It was observed that the nanoparticle density increased and the thermal conductivity decreased with the evaporation of the liquid in the mixture after 3000 rpm.
Although there are many parameters that can affect the emission values in the emission measurement made under real conditions, the nanofluids added to the base fluid in most of the results did not show a significant effect on the emission values.
At the end of the performance measurement process, the use of nanofluid added to the base fluid in the engine cooling system generally did not contribute to the performance value. The difference between the nanofluid coolers added to the base fluid compared to the base fluid remained small.
Equal amounts of samples were taken from the refrigerant mixtures discharged after the experiments, and the precipitation of the nanofluid in the base fluid was observed day by day. Among the nanofluids used in the precipitation experiment, it was observed that the nanofluid, which was best homogenized with the stagnant base fluid and precipitated in a long time, was SiO2, and the nanofluid that precipitated in the shortest time was Al2O3.

Key Words: Nanofluid, Engine Performance, Exhaust Emissions, Cooling System