بررسی تأثیر افزودن نانوسلولز به سوخت دیزل بر عملکرد و آلایندگی موتور احتراق داخلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• امین ویسمرادی ¹
• محمد اسماعیل خراسانی فردوانی ²
• هوشنگ بهرامی ²
• سید محمد صفی الدین اردبیلی ²
• حسن ذکی دیزجی ²

¹ دانشجوی دکتری مکانیزاسیون کشاورزی، گروه مهندسی بیوسیستم، دانشگاه شهید چمران اهواز و عضو دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

² گروه مهندسی بیوسیستم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

https://doi.org/10.22067/jam.2021.70608.1042

چکیده

امروزه تعداد موتورهای دیزل به دلیل داشتن بازده زیاد و تولید گازهای گلخانه ای کم، در حال افزایش است. در پژوهش حاضر تأثیر افزودن نانوسلولز به سوخت دیزل بر پارامترهای عملکردی و آلایندگی موتور دیزل مورد ازریابی قرار گرفت. مقادیر نانوسلولز در 3 سطح صفر و ppm25 و ppm75 در نظرگرفته شد. آزمون‌های موتور در 3 دور موتور 1600، 2000 و 2400 دور بر دقیقه در حالت بار کامل انجام گرفت. به منظور اندازه‌گیری پارامترهای عملکردی و آلایندگی موتور، از تجهیزات مختلفی شامل دینامومتر، دستگاه اندازه‌گیری آلاینده‌ها و سیستم کنترل موتور استفاده شد. نتایج نشان داد که افزایش دور موتور در تمام ترکیب‌های سوختی باعث افزایش در توان موتور، مصرف سوخت ویژه، مونواکسیدکربن، هیدروکربن‌های نسوخته ولی مقدار گشتاور موتور، کاهش یافت. همچنین در هر دور موتور افزودن مقادیر مختلف نانوسلولز، مقدار توان و گشتاور موتور را افزایش داد، اما باعث کاهش مصرف سوخت ویژه، مونواکسیدکربن و هیدروکربن‌های نسوخته شد. مقدار NO_X با افزایش دور موتور افزایش یافت ولی در هر دور موتور افزودن ppm25 نانوسلولز به دیزل خالص به میزان قابل‌توجهی مقدار NO_X را افزایش داد. اما در دورهای پایین، افزایش ppm75 نانوسلولز به دیزل خالص باعث کاهش مقدار NO_X نسبت به دیزل خالص شد، اگرچه از لحاظ آماری معنی‌دار نیست. به‌طور کلی نتایج این پژوهش نشان داد که افزودن نانوسلولز به سوخت دیزل می تواند سبب  بهبود عملکرد و کاهش گازهای آلاینده خروجی از موتور دیزل شود. اگر چه افزودن ppm25 نانوسلولز به دیزل خالص به میزان قابل‌توجهی مقدار NO_X را افزایش داد.

کلیدواژه‌ها

• اکسیدهای نیتروژن
• توان
• موتور دیزل
• نانوسلولز

20.1001.1.22286829.1401.12.4.9.5

موضوعات

• بیو انرژی

Open Access

©2021 The author(s). This article is licensed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0), which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source.

مراجع

1. Arul Mozhi Selvan, V., Anand, R. B., & Udayakumar, M. (2014). Effect of Cerium Oxide Nanoparticles and Carbon Nanotubes as fuel-borne additives in Diesterol blends on the performance, combustion and emission characteristics of a variable compression ratio engine. Fuel, 130, 160-167. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.04.034
2. Chandrasekaran, V., Arthanarisamy, M., Nachiappan, P., Dhanakotti, S., & Moorthy, B. (2016). The role of nano additives for biodiesel and diesel blended transportation fuels. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 46, 145-156. https://doi.org/10.1016/j.trd.2016.03.015
3. Devaraj, A., Arul Prakasajothi, M., & Rajesh, D. A. P. (2017). Review of Nanocatalyst as Additive Fuel in Diesel Engine. Journal of Chemical and Pharmaceutical Sciences, 10(1), 270-274.
4. Devi, V. R. (2018). Experimental Investigations on CI Diesel Engine With Varied Combustion Chamber Designs (HCC and SDCC) Using Neem Biodiesel and Calcium Carbonate (Caco3) Nano Fluid Additive. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 5(3), 2167-2172.
5. Foster, E., Contestabile, M., Blazquez, J., Manzano, B., Workman, M., & Shah, N. (2017). The unstudied barriers to widespread renewable energy deployment: Fossil fuel price responses. Energy Policy, 103, 258-264. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2016.12.050
6. Geng, P., Cao, E., Tan, Q., & Wei, L. (2017). Effects of alternative fuels on the combustion characteristics and emission products from diesel engines: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 71, 523-534. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.12.080
7. Ghafoori, M., Ghobadian, B., Najafi, G., Layeghi, M., Rashidi, A., & Mamat, R. (2015). Effect of nano-particles on the performance and emission of a diesel engine using biodiesel-diesel blend. International Journal of Automotive and Mechanical Engineering, 12, 3097-3108. https://doi.org/10.15282/ijame.12.2015.23.0258
8. Heidari-Maleni, A., Gundoshmian, T. M., Karimi, B., Jahanbakhshi, A., & Ghobadian, B. (2020). A novel fuel based on biocompatible nanoparticles and ethanol-biodiesel blends to improve diesel engines performance and reduce exhaust emissions. Fuel, 276, 118079. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.118079
9. Hoseini, S., Najafi, G., Ghobadian, B., Yusaf, T. F., & Ebadi, M.-T. (2018). The Effects of Camelina “Soheil” as a Novel Biodiesel Fuel on the Performance and Emission Characteristics of Diesel Engine. Applied Sciences, 8, 1010. https://doi.org/10.3390/app8061010
10. Hoseini, S. S., Najafi, G., Ghobadian, B., Ebadi, M. T., Mamat, R., & Yusaf, T. (2020). Biodiesels from three feedstock: The effect of graphene oxide (GO) nanoparticles diesel engine parameters fuelled with biodiesel. Renewable Energy, 145, 190-201. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.06.020
11. Hosseini, S. H., Taghizadehalisaraei, A., Ghobadian, B., & Abbaszadeh mayvan, A. (2017). Modeling the effects of carbon nanotubes added to diesel-biodiesel fuel blends on performance and emissions of a diesel engine using artificial neural network. Fuel and Combustion, 10(2 #A00254), 1-16.
12. Joshua, M, & Gowdham, D. (2016). Emission characteristics of cerium oxide nanoparticle blended emulsified biodiesel. International Journal of Advances in Science Engineering and Technology, 4(2), 155-158.
13. Klemm, D., Kramer, F., Moritz, S., Lindström, T., Ankerfors, M., Gray, D., & Dorris, A. (2011). Nanocelluloses: A New Family of Nature-Based Materials. Angewandte Chemie (International Ed. in English), 50, 5438-5466. https://doi.org/10.1002/anie.201001273
14. Kord, B., & Roohani, M. (2016). Thermal properties and fire behavior of PLA nanocomposite films. Journal of Wood and Forest Science and Technology, 23(supplement 2), 185-201.
15. Lima, M., & Borsali, R. (2004). Rodlike Cellulose Microcrystals: Structure, Properties, and Applications. Macromolecular Rapid Communications, 25, 771-787. https://doi.org/10.1002/marc.200300268
16. Meng, M., & Niu, D. (2011). Modeling CO₂ emissions from fossil fuel combustion using the logistic equation. Energy, 36(5), 3355-3359. https://doi.org/10.1016/j.energy.2011.03.032
17. Mirbagheri, S. A., Safieddin Ardebili, S. M., & Kiani Deh Kiani, M. (2020). Modeling of the engine performance and exhaust emissions characteristics of a single-cylinder diesel using nano-biochar added into ethanol-biodiesel-diesel blends. Fuel, 278, 118238. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.118238
18. Mirzajanzadeh, M., Tabatabaei, M., Ardjmand, M., Rashidi, A., Ghobadian, B., Barkhi, M., & Pazouki, M. (2015). A novel soluble nano-catalysts in diesel–biodiesel fuel blends to improve diesel engines performance and reduce exhaust emissions. Fuel, 139, 374-382. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.09.008
19. Naik, J. V., & Kumar, K. K. (2018). Performance and emission characteristics of diesel engines with Al₂O₃ and CuO nanoparticles as additives. International Journal of Mechanical Engineering and Technology, 9(2), 791-798.
20. Nair, J. N., Kaviti, A. K., & Daram, A. K. (2017). Analysis of performance and emission on compression ignition engine fuelled with blends of Neem biodiesel. Egyptian Journal of Petroleum, 26(4), 927-931. https://doi.org/10.1016/j.ejpe.2016.09.005
21. Ojala, J., Sirviö, J. A., & Liimatainen, H. (2016). Nanoparticle emulsifiers based on bifunctionalized cellulose nanocrystals as marine diesel oil–water emulsion stabilizers. Chemical Engineering Journal, 288, 312-320. https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.10.113
22. Prasada Rao, K., Victor Babu, T., Anuradha, G., & Appa Rao, B. V. (2017). IDI diesel engine performance and exhaust emission analysis using biodiesel with an artificial neural network (ANN). Egyptian Journal of Petroleum, 26(3), 593-600. https://doi.org/10.1016/j.ejpe.2016.08.006
23. Ramesh, D. K., Dhananjaya Kumar, J. L., Hemanth Kumar, S. G., Namith, V., Basappa Jambagi, P., & Sharath, S. (2018). Study on effects of Alumina nanoparticles as additive with Poultry litter biodiesel on Performance, Combustion and Emission characteristic of Diesel engine. Materials Today: Proceedings, 5(1), 1114-1120. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2017.11.190
24. Sayin, C. (2010). Engine performance and exhaust gas emissions of methanol and ethanol–diesel blends. Fuel, 89(11), 3410-3415. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2010.02.017
25. Singh, G., & Sharma, S. G. (2015). Effects of cerium oxide on the performance and emission characteristic of variable compression ratio ignition engine using Biodiesel from waste mustard oil. Thapar University, Patiala. India.
26. Tan, P.-Q., Hu, Z.-Y., & Lou, D.-M. (2009). Regulated and unregulated emissions from a light-duty diesel engine with different sulfur content fuels. Fuel, 88(6), 1086-1091. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.11.031