18896

۱۸۸۹۶

بررسي تجربي و مدل سازي آماري توليد و عملكرد سوخت هاي امولسيوني گازوئيل/آب

كارشناسي ارشد

مدل سازي، شبيه سازي و كنترل

اسفند ۱۳۹۶

دكتر محمد امين ثباتي

مهندسي شيمي ، نفت و گاز

سوخت امولسيوني آبي يك سوخت جايگزين به شمار مي¬رود كه مي¬تواند منجر به بهبود بازدهي احتراق در يك موتور ديزل و كاهش انتشار گازهاي مضر به خصوص نيتروژن اكسيد و ذرات معلق ¬شود. از مهم-ترين چالش¬هاي مطرح در اين زمينه مي¬توان به روش تهيه امولسيون، انتخاب امولسيفاير مناسب، ميزان آب قابل افزودن به سوخت و پايداري امولسيون اشاره كرد كه بر روي ويژگي¬هاي سوخت نهايي نظير ميزان آلايندگي و عملكرد موتوري آن مؤثر هستند. هدف از اين مطالعه بررسي اثر پارامترهاي مؤثر نظير درصد آب، درصد سورفكتانت و مقياس آب¬دوستي- آب¬گريزي بر روي پايداري سوخت امولسيوني آبي، پارامترهاي عملكرد موتور (گشتاور، قدرت ترمزي، مصرف سوخت ويژه ترمز و بازدهي حرارتي) و توليد گازهاي مضر حاصل از آن (كربن مونواكسيد، كربن دي¬اكسيد، هيدروكربن نسوخته و نيتروژن اكسيد) مي¬باشد. هدف ديگر اين پروژه بهينه¬سازي نتايج به دست آمده حاصل از عملكرد موتور و توليد گازهاي مضر مي¬باشد. در اين تحقيق براي توليد امولسيون، مخلوطي از گازوئيل، سورفكتانت و آب مورد استفاده قرار گرفت. در ابتدا با استفاده از روش سطح پاسخ، رفتار سه پارامتر تأثيرگذار (درصد آب، درصد سورفكتانت و مقياس آب¬دوستي- آب¬گريزي)، به صورت اثرات متقابل، با به تصوير كشيدن نمودارهاي سه بعدي مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته است. سپس عملكرد سوخت امولسيوني و سوخت ديزل در شرايط حداكثر بار و 1800 دور بر دقيقه در راستاي بهينه كردن سه پارامتر تأثيرگذار بر اين فرآيند با هم مقايسه شد. شرايط بهينه پيشنهادي از روش سطح پاسخ، درصد آب برابر 5%، درصد سورفكتانت برابر 2% و مقياس آب¬دوستي- آب¬گريزي برابر 8/6 به دست آمد. پارامترهاي عملكرد موتور سوخت امولسيوني بهينه با سوخت گازوئيل مورد مقايسه قرار گرفتند كه كاهش گشتاور (%74/8-) و توان ترمزي (%88/8-) و افزايش مصرف سوخت ويژه ترمز (%81/6+) و بازدهي حرارتي (%93/4+) مشاهده شد. هم¬چنين مقايسه بين آلايندگي سوخت امولسيوني بهينه و سوخت گازوئيل صورت گرفت كه كاهش توليد نيتروژن اكسيد (%25/22-) و هيدروكربن نسوخته (%75/8-) و افزايش توليد كربن مونواكسيد (%53/11+) و كربن دي¬اكسيد (%36/4+) مشاهده شد. در نهايت پس از دستيابي به مقادير بهينه پارامترهاي ذكر شده، نتايج حاصل از آزمايش¬هاي تكميلي به منظور ارزيابي ديگر پارامترهاي مؤثر بر اين فرآيند نظير دور موتور و بار موتور در شرايط بهينه، سوخت امولسيوني آبي را با سوخت پايه (گازوئيل) مورد مقايسه قرار داده و به صورت آزمون¬هاي تك عاملي مورد بررسي و تجزيه و تحليل قرار گرفت. واژه‌هاي كليدي: سوخت امولسيوني آبي، عملكرد موتور، توليد گازهاي مضر، روش سطح پاسخ.

1397/03/06

9/23/2021 12:00:00 AM

Water-in-diesel fuel is an alternative fuel that can improve the combustion efficiency of a diesel engine and decrease harmful exhaust emission, especially nitrogen oxide (NOx) and particulate matter (PM). The method of emulsion preparation, the choice of appropriate emulsifier, the amount of water addition to the fuel, and the stability of the emulsion are the most challenges in this field which affect the properties of the fuel such as exhaust emission and engine performance. The main aim of this study was to investigate the impact of effective parameters such as percentage of water, percentage of surfactant, and hydrophilic-lipophilic balance (HLB) on the stability of emulsion fuel, engine performance, and exhaust emission. Another goal of this project was multi-objective optimization of the engine performance and exhaust emission. In the present work, a mixture of diesel, water, and surfactant (mixture of tween 80 and span 80) were used to produce water in diesel emulsion fuel. The optimal conditions are influenced by the type and percentage of surfactant, water-content in the emulsion and hydrophilic-lipophilic balance (HLB) of surfactant. At first, three effective parameters of percentage of water (5-10 % by volume), percentage of surfactant (0.5-2 % by volume) and hydrophilic-lipophilic balance of surfactant (5-8) were considered using the response surface methodology (RSM) based on Box–Behnken design (BBD). The best parameters suggested by RSM were 5% for percentage of water, 2% for percentage of surfactant, and 6.8 for Hydrophilic-Lipophilic Balance of surfactant. The performance of emulsion fuel produced in the above-mentioned conditions and neat diesel fuel was compared in full load condition at 1800 rpm. It was found that the application emulsion fuel leads to a decrease in torque (-8.74%) and brake power (-8.88%) along with an increase in brake specific fuel consumption (BSFC) (+6.81%) and brake thermal efficiency (BTE) (+4.93%) comparing to neat diesel performance. It was also found that the application of emulsion fuel leads to a considerable decrease in nitrogen oxide (-22.25%) and unburnt hydrocarbon (UHC) (-8.75%) along with an increase in the carbon monoxide (CO) (+11.53%) and carbon dioxide (CO2) (+4.36%) comparing to neat diesel emission. Finally, the performance and emission of the best emulsion fuel were compared with neat diesel in different variables and loads. Keywords: emulsion fuel, engine performance, harmful exhaust emission, response surface methodology (RSM)