بررسي تجربي اثر غلظت نانوذرات بر عملكرد موتور اشتعال تراكمي با سوخت ديزل/بيوديزل از ديدگاه قانون اول و دوم

Experimental Investigation of the Effect of Nano-particle Concentrations on the First and Second Laws efficiency in CI engine fueled with Diesel/Biodiesel blend

كاهش منابع انرژي‌هاي فسيلي همراه با تشديد قوانين زيست‌محيطي براي كنترل آلاينده‌هاي خروجي از موتور، استفاده از سوخت‌هاي پاك‌تر و تجديدپذير را اجتناب‌ناپذير كرده است. از اين‌رو، استفاده از سوخت بيوديزل هم به‌عنوان راه‌كاري براي حفظ منابع انرژي و هم كاهنده آلاينده‌ها اهميت بسياري در موتورها پيدا كرده است. از طرفي، سوخت بيوديزل باعث افزايش آلاينده ناكس (NOx) در موتورها مي‌شود كه استفاده از افزودني آب براي كاهش دماي احتراق را ناگزير مي‌كند. براي جبران اثر منفي استفاده از آب كاهش كيفيت احتراق و در نتيجه كاهش راندمان حرارتي و اگزرژي، استفاده از افزودني نانوذرات فلزي مي‌تواند راه‌حل قابل اطميناني باشد. در اين مطالعه، اثر افزودن غلظت‌هاي مختلف نانوذرات بر بهبود راندمان قانون اول و دوم و نيز مصرف سوخت يك موتور تك‌سيلندر كه با تركيب‌هاي مختلف سوخت با فرمول BXWYNZ (سوخت ديزل با X% جرمي بيوديزل، Y% جرمي آب و Zبخش در ميليون نانوذره) كار مي‌كند، مورد بررسي تجربي قرار گرفته است. نتايج اين بررسي نشان مي‌دهد كه افزودن 60بخش در ميليون نانوذره به تركيب B0W5 باعث بهبود حدود 3% در بازده قانون اول و 2/5% در بازده قانون دوم، نسبت به سوخت ديزل خالص خواهد شد. اين مقادير براي افزودن 90بخش در ميليون نانوذره به‌ترتيب حدود 4 و 3/8% و براي 120بخش در ميليون نانوذره به ترتيب 5 و 4/7% هستند. به‌علاوه، براساس نتايج تجربي به‌دست‌آمده، تركيب B15W5N120 داراي 7/5% بازده قانون اول بالاتر و 7% بازده قانون دوم بالاتر نسبت به سوخت ديزل خالص است.

Reducing fossil fuel sources together with tighter environmental laws to control the engine exhaust emissions makes the use of cleaner and renewable fuels inevitable. Therefore, the use of biodiesel fuel as a strategy to conserve energy and reduce emissions is becoming increasingly important in engines. On the other hand, biodiesel fuels increase NOx emissions in the engines, which necessitate the use of water additives to reduce the combustion temperature. To compensate for the negative effect of water addition by reducing combustion quality and thus reducing thermal and exergy efficiency, the use of metal-based nano-particles additive can be a reliable solution. In this study, the effect of adding different concentrations of nano-particles on improving efficiency of the first and second laws as well as fuel consumption of a singlecylinder engine with different fuel combinations with BXWYNZ formula (diesel fuel with X% biodiesel mass, Y% water mass%, and Zppm nano-particles), has been studied experimentally. The results of this study show that adding 60ppm nano-particles to B0W5 will improve about 3% efficiency in the first law and 2.5% efficiency in the second law compared to pure diesel fuel. These values were about 4 and 3.8% for 90ppm nano-particles, and 5 and 4.7% for 120ppm nano-particles, respectively. In addition, based on the experimental results, the B15W5N120 has 7.5% higher first-law efficiency and 7% higher second-law efficiency than pure diesel fuel.