Nikel (III) oksit nanoparçacık ilavesi ile biyodizel ve n-butanol yakıtlarının dizel motor performansına ve emisyonlarına etkisi
The effect of nickel (III) oxide nanoparticle addition onthe performance and emissions of biodiesel and n-butanolfuels in a diesel engine
- Tez No: 993603
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ SERKAN AVCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Dizel motorlar, Enerji, Gaz emisyonu, Diesel engines, Energy, Gas emission
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Batman Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Yenilenebilir Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Temiz ve sürdürülebilir enerji kaynaklarına olan ihtiyaç, dizel motorlarda çevresel etkileri azaltacak ve verimi artıracak alternatif yakıt arayışını hızlandırmıştır. Bu kapsamda biyodizel ve alkol bazlı yakıtlar ile nanoteknoloji tabanlı katkı maddeleri, dizel motorlar için umut verici seçenekler olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışma, biyodizel (B20) ve biyodizel–n-bütanol (B20But10) yakıt karışımlarına farklı oranlarda (25, 50, 75 ve 100 ppm) Nikel (III) oksit (Ni₂O₃) nanoparçacıkları eklenerek motor performansı, yanma ve egzoz emisyonlarının ayrıntılı bir şekilde incelenmesini amaçlamaktadır. Deneyler tek silindirli, dört zamanlı, su soğutmalı ve direkt enjeksiyonlu bir dizel motor üzerinde dört farklı yükte (0,3; 1,0; 2,0 ve 3,0 bar BMEP) gerçekleştirilmiştir. Yakıtların fiziksel ve kimyasal özellikleri incelendiğinde Ni₂O₃ ilavesinin yoğunluk, kinematik viskozite ve setan indeksinde artışa, alt ısıl değer ve parlama noktasında ise azalmaya yol açtığı belirlenmiştir. Sonuçlar, Ni₂O₃ katkısının atomizasyonu iyileştirerek premiks yanma fazını güçlendirdiğini, bunun sonucunda silindir içi maksimum basıncın B20'de 53,03 bar'dan 55,86 bar'a, B20But10'da ise 52,21 bar'dan 55,45 bar'a yükseldiğini göstermiştir. Benzer şekilde, maksimum HRR değerleri B20'de 29,45 J/°CA, B20But10'da 30,02 J/°CA seviyesine ulaşmıştır. Motor performansı açısından fren termal verimi (FTV) her iki yakıtta da yük arttıkça yükselmiş; tam yükte B20 için %23,96'dan %24,89'a, B20But10 için %23,89'dan %24,94'e çıkmıştır. Fren özgül yakıt tüketimi (FÖYT) ise sırasıyla 0,331'den 0,309 kg/kWh'e ve 0,348'den 0,333 kg/kWh'e düşmüştür. Emisyon analizlerinde CO, HC, NOₓ ve duman değerlerinde anlamlı azalmalar elde edilirken, daha tamamlanmış yanma nedeniyle CO₂ emisyonlarında sınırlı bir artış gözlenmiştir. Özellikle butanol içeren B20But10 karışımlarında oksijen içeriğinin katkısı ve Ni₂O₃'ün katalitik etkisi bir araya gelerek CO ve HC emisyonlarında B20'ye kıyasla daha fazla iyileşme sağlamıştır. Çalışmada ayrıca Yanıt Yüzey Metodolojisi (YYM) kullanılarak motor performansı ve emisyonlar için ikinci dereceden regresyon modelleri geliştirilmiştir. Modeller yüksek doğruluk göstermiş (R² = %90,9–%99,9) ve hata oranları %2–6 arasında kalmıştır. Oluşturulan beş farklı optimizasyon modeli, farklı işletme önceliklerini yansıtacak şekilde tasarlanmıştır. Örneğin dengeli yaklaşımda (Model 1) optimum noktalar B20 için 63 ppm ve 1,3 bar BMEP, B20But10 için 58 ppm ve 1,3 bar BMEP olarak belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
The global demand for clean and sustainable energy sources has accelerated the search for alternative fuels that can improve the efficiency of diesel engines while reducing their environmental impact. In this context, biodiesel, alcohol-based fuels, and nanotechnology-driven fuel additives have emerged as promising solutions for cleaner combustion and higher performance. This study investigates the effects of adding Nickel (III) oxide (Ni₂O₃) nanoparticles at different concentrations (25, 50, 75, and 100 ppm) to biodiesel (B20) and biodiesel–n-butanol (B20But10) blends, with a comprehensive evaluation of engine performance, combustion behavior, and exhaust emissions. Experiments were carried out on a single-cylinder, four-stroke, water-cooled, direct injection (DI) diesel engine at four distinct load conditions (0.3, 1.0, 2.0, and 3.0 bar BMEP). Fuel characterization revealed that Ni₂O₃ addition increased density, kinematic viscosity, and cetane index, while reducing lower heating value and flash point. Combustion analysis showed that Ni₂O₃ enhanced atomization and catalytic oxidation, strengthening the premixed combustion phase. Consequently, the maximum in-cylinder pressure (CPₘₐₓ) rose from 53.03 to 55.86 bar for B20 and from 52.21 to 55.45 bar for B20But10, while the maximum heat release rate (HRRₘₐₓ) increased to 29.45 J/°CA and 30.02 J/°CA, respectively. Regarding engine performance, brake thermal efficiency (BTE) improved with load; at full load it rose from 23.96% to 24.89% for B20 and from 23.89% to 24.94% for B20But10. Brake specific fuel consumption (BSFC) decreased from 0.331 to 0.309 kg/kWh for B20 and from 0.348 to 0.333 kg/kWh for B20But10. Emission analysis demonstrated meaningful reductions in CO, HC, NOₓ, and smoke opacity, while CO₂ emissions increased slightly due to more complete combustion. The presence of n-butanol and Ni₂O₃ together enhanced oxidation, resulting in greater CO and HC reductions for B20But10 compared to B20. Additionally, Response Surface Methodology (RSM) was employed to build second-order regression models for predicting and optimizing engine performance and emissions. The models achieved high accuracy (R² = 90.9–99.9) with error margins between 2% and 6%. Five optimization strategies were proposed to reflect different operational priorities. For example, the balanced Model 1 yielded optimum conditions of approximately 63 ppm Ni₂O₃ and 1.3 bar BMEP for B20 and 58 ppm and 1.3 bar BMEP for B20But10.
Benzer Tezler
- Magnetik özellik kazandırılan dendrimerik yapıların (PAMAM G2 ve PAMAM-OH) yeni bir dağıtıcı katı faz özütleme sorbenti olarak metal iyonlarının tayininde kullanımı
Use of dendrimeric structures (PAMAM G2 and PAMAM-OH) with magnetic properties as a new dispersive solid phase extraction sorbent in the determination of metal ions
ÖZGE YILMAZ
- Bazı ağır metal iyonlarının nanoflowerlarla filtrasyon çalışmaları
Filtration studies of some heavy metal ions with nanoflowers
ELİF AYBİKE BERBEROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
KimyaKırklareli ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEMİLE ÖZCAN
DOÇ. DR. NURDAN KURNAZ YETİM
- Grafen oksit tabanlı, yüzeyde güçlendirilmiş raman saçılması (SERS) cevaplı HIV-1 nanobiyosensörünün hazırlanması, karakterizasyonu ve uygulaması
Preparation and characterization of graphane oxide based HIV-1 nanobiosensor and surface enhanced raman scattering (SERS) application
İHSAN AŞIK
- Nikel sülfür ateş analizi metodu ile katalitik konvertörlerdeki platin, paladyum ve rodyum metallerinin tayini ve metodun optimizasyonu
Determination of platinum, palladium and rhodium by nickel sulphide fire assay method and optimization of the method
MEHMET HAKAN MORCALI
Doktora
Türkçe
2014
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN AKMAN
PROF. DR. ONURALP YÜCEL
- Çaldağı (Turgutlu-Manisa) demir-nikel-kobalt cevherleşmesinin jeolojik, jenetik incelenmesi ve değerlendirilmesi
The Genetic studies and the exploration of iron-nickel-cobalt mineralisation in Çaldağı (Turgutlu-Manisa)
MEHMET YILDIZ