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工程科学与技术,国际期刊33(2022)101085生物质废物燃料CI发动机与SCR系统V. Praveenaa,*,M.Leenus Jesu Martinb,V.Edwin Geob,ca部。印度泰米尔纳德邦Chengalpattu区Kattankulathur 603203 Potheri SRM科技学院机械工程系b印度泰米尔纳德邦Chengalpattu区Kattankulathur 603203 Potheri SRMIST汽车工程系绿色车辆技术研究中心c土耳其伊斯坦布尔Istinye大学工程和自然科学学院机械工程系阿提奇莱因福奥文章历史记录:2021年5月23日收到2021年10月16日修订2021年12月9日接受2021年12月23日在线提供关键词:石墨生物柴油纳米乳液燃烧排放EGRSCRA B S T R A C T本研究是一项详尽的研究,发动机的性能和燃烧特性的常规柴油发动机充注生物质废物生产的生物柴油。石墨油甲酯热效率低,有害气体排放量大。为降低发动机污染物,采用纳米氧化锌掺杂石墨油甲酯、发动机气缸形状改性和废气再循环的方法。碳氢化合物、一氧化碳和烟雾排放量大幅减少,而氮氧化物排放量的减少幅度很小。选择性催化还原技术在优化的尿素水溶液的质量流量最大限度地减少氮氧化物的排放量的76.9%相比,葡萄籽油甲酯,而不妥协的制动热效率。©2021 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。1. 介绍新兴的能源需求和不断上涨的燃料价格正在引起我们经济的关注。世界能源统计报告指出,全球燃料消耗量急剧增加,化石燃料可能仅在未来50年内可用[1]。因此,出现了转向可再生和可回收燃料的情况塑料废物、橡胶废物和其他生物质废物被回收并作为有用的能源形式加以利用生物燃料可食用和非食用来源和第二代燃料已被许多研究人员广泛研究[2]。将菜籽油、红花油和废弃植物烹饪油以合适的比例混合,用于在压燃式(CI)发动机中运行[3]。响应面法(RSM)的研究有助于分析发动机的最佳参数,如制动热效率(BTE),烟度和二氧化碳(CO2)排放。根据试验数据建立的响应面模型表明,发动机在20.5%的工况下性能最佳,NOx排放量为558ppm。生物质转化的生物燃料在可再生能源形式领域的研究者中探索较少。酿酒厂广泛分布在我国各地,为数百万*通讯作者。电子邮件地址:praveenv1@srmist.edu.in(V.Praveena)。由Karabuk大学负责进行同行审查公顷的土地。这些行业的葡萄酒产量巨大,同样,废物出口也很大。这些工业的副产品被丢弃,从而污染了土地和大气。这些废物包括葡萄皮、茎、细茎和种子。这些被彻底压榨和机械粉碎,以提取葡萄油,发现医疗应用和具有相当大的燃料特性。该生物质废油的脂肪酸酯用于为常规CI发动机供能。对发动机的性能和排放参数进行了分析,似乎没有说服力。许多文献都提到了改善燃烧特性,同时降低排放的方法。以葵花甲酯为原料,分别在10%、20%和30%的浓度下与柴油混合,进行了数值模拟和实验研究[4]。这些共混物产生了高气缸压力,这是由于葵花籽油的化学性质。这种燃料还在发动机气缸内产生更高的渗透值。Oni等人[5]比较了两种不同生物柴油来源(印楝和亚麻荠油)的性能。它们分别以5%和10%体积浓度加入柴油中。亚麻荠油B10在所有可能的发动机转速下产生更好的BTE。此外,与柴油相比,一氧化碳(CO)排放量减少了12%。氮氧化物排放量比柴油高19.7%。Zacharof等人[6]实践了利用以废物形式存在的酿酒厂废物的https://doi.org/10.1016/j.jestch.2021.1010852215-0986/©2021 Karabuk University.出版社:Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页:www.elsevier.com/locate/jestch诉Praveena,M.Leenus Jesu Martin和V.埃德温·吉奥工程科学与技术,国际期刊33(2022)1010852命名法GSME葡萄油甲酯GS_ZnO葡萄油甲酯+氧化锌纳米粒子HPTSPNO半球形活塞环形活塞一氧化氮EGTCISCR废气温度压缩点火选择性催化还原废气再循环用于生物转化和回收的水、酒糟、葡萄苗等。更多的精力集中在废物补救和葡萄酒行业废物的处理。Chelladorai等人[7]研究了生物质衍生生物柴油中不饱和碳分子对柴油发动机排放特性的作用。以椰子油、葡萄和小麦胚芽为原料,对生物质进行了测试.结果表明,这些燃料产生31.2%,30.2%和27.3%的BTE。葡萄籽生物柴油的氮氧化物排放量激增,其次是小麦胚芽油生物柴油。 Praveena等人[8]将20%的丁醇和20%的辛醇分别混合到葡萄油生物柴油中。进一步研究了喷油提前角和EGR对最佳混合气的影响。 对于B20丁醇共混物,在上述方法中NOx排放减少33%1.1. 关于纳米添加剂颗粒的文献纳米金属添加剂和纳米非金属添加剂在燃烧过程中表现出不同的规律。使用磁力搅拌器将氧化铁和石墨纳米颗粒以与氧化铁混合物相比,石墨混合物产生较低的NOx排放使用石墨纳米颗粒混合柴油,观察到燃料消耗降低2.6%Agbulut等人[9]在CI发动机中以2000 rpm的速度测试了氧化物形式的金属纳米颗粒。将100ppm浓度水平的氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)和二氧化硅(SiO2)加入到10%的废食用油甲酯的混合物中。纳米添加剂共混物证明了它们在燃烧和排放结果方面的改进性能单个纳米颗粒的贡献存在差异金属氧化物具有最高的导热性,吸收高热量并在很大程度上减少NOx排放。将氧化铈和氧化锌纳米乳液与葡萄籽油生物柴油混合,并在CI发动机中进行测试[10]。将这些颗粒分别以50和100 ppm浓度添加到生物柴油中。物理性能得到改善,十六烷值也有所提高。悬浮在乳化混合物中的水分子消耗热量进行潜在相变,并将NOx排放量减少9- 11.2%。将氧化铝纳米颗粒添加到鸿基油生物柴油中[11],可使BTE提高10.56%,油耗降低11.6%。40 ppm浓度的纳米Al2O3颗粒比20 ppm和60 ppm的纳米Al2O3颗粒效果更好.将纳米添加剂技术与喷射正时的改进相结合,在水乳化柴油燃料上进行[12]。SiO2纳米粒子在25-100 ppm之间,间隔25ppm,表面张力用1%Span 80溶液补助。喷射正时在19°、21°、23°和25 ° bTDC之间变化。纳米共混物通过增加BTE和降低HC、CO和烟度排放而有效地执行,而NOx在提前喷射正时下射击了6.6%。1.2. 缸内参数文献发动机的设计变更,如喷油正时、喷油压力、活塞涂层、活塞轮廓变化等。进行了#21453;,以提高燃料的改性作用[13]。喷油正时和喷油压力是影响燃烧和排放参数的主要因素。蒲桃生物柴油[14]在喷射压力为200、220至260巴以及TDC(bTDC)之前的喷射正时为21°、23°和25°的情况下,在30%、70%和100%下进行了测试,并且发现28.7%的烟减少,其中NOx排放随着21° bTDC和260巴燃料压力而增加。将燃烧室形状改变为浅深度和螺旋形[15],改变了气缸内的涡流运动和空气燃料动量。浅的深度具有高的纵横比,燃料颗粒不能适当地燃烧。环形形状产生高的热效率和增强的燃烧特性。在双燃料操作的情况下,具有凹入类型的环形提供了良好的结果[16]。压缩天然气(CNG)流量为0.48 kg/h时,bTDC为26°,喷嘴开孔为5孔时性能最好。 HC排放量从60 ppm降至45 ppm,这是改进发动机条件的影响Kattela等人[17]对各种碗状几何形状(如浅型和环形)的影响进行了数值研究。在改进的直喷式柴油机上进行了10%、20%和30%丁醇的不同混合物的试验,对于浅型和环形活塞碗形状,HC和CO排放都发生了适当的降低。对分离旋流式燃烧室进行建模和分析,以了解排放特性和燃烧模式[18]。双涡流系统进行了模拟和燃料的运动在两个室内的变化的基础上的角度的个别室。这些数值研究对改善空气燃料混合是非常有帮助的。减少排放的另一个策略是引入废气再循环(EGR)。虽然活塞碗改性和纳米掺混有助于提高热效率,但有时由于绝热火焰温度而增加NOx排放。在具有EGR的双燃料发动机上进行的实验显示NOx排放量下降[19]。将20%的麻风树生物柴油混合物(B20)用作与CNG燃料的中试燃料。EGR与这两个混合物,如天然气与柴油和天然气与B20麻风树生物柴油减少氮氧化物排放量的28%和25%。Praveena等人[20]分析了EGR率为5%、10%、15%和20%时对以葡萄籽油为生物柴油燃料的CI发动机的影响。5%EGR降低NOx排放31.02%,20%EGR降低NOx排放61.5%。在5%EGR下观察到NOx烟度折衷,而BTE没有太大损失。Damodharan等人[21]建议EGR以减少所有喷射范围内的排放定时(提前和延迟)。在25° bTDC和10%EGR时,NOx烟度折衷最佳。Saravanan等人[22]确定了乙醇燃料CI发动机中EGR在10%和20%时的重要性通过在活塞和气缸盖上涂覆陶瓷物质,将传统发动机改造成低热漏发动机用电热塞点燃乙醇。在10%和20% EGR的情况下,NOx排放量从9.7 g/kWh降低到6.4 g/ kWh和5.5与柴油混合的高级醇[23]产生较少的颗粒物(PM)和CO排放,而NOx排放随着辛醇浓度水平(40%v/v)的增加而增加EGR被用于遇到这种效应,并通过增加再循环气体的热吸收在30%EGR下将NOx排放减少90%诉Praveena,M.Leenus Jesu Martin和V.埃德温·吉奥工程科学与技术,国际期刊33(2022)10108531.3. 关于后处理方法的在后处理技术中,有许多方法,如用于减少PM的柴油颗粒过滤器、用于减少NOx的选择性催化还原(SCR)、用于减少NOx的选择性非催化还原(SNCR)和用于减少HC和CO排放的柴油氧化催化剂(DOC)[24]。研究人员对采用气态氨的SCR系统进行了测试[25]。数值模拟详细描述了管段内氨的分布和催化床内的反应采用电加热法将氯化锶盐直接转化为氨气安装在排气管中的涡轮式SCR[26]取决于催化剂的工作温度。在低于200°C的低温下,形成可能改变SCR的NOx还原性能的硝酸铵盐研究人员集中于在规定的时间内提高氨气与NOx物质的混合物浓度[27在SCR之前的分解管中添加不同的混合器几何形状,如风扇型、螺旋型和多孔型,不可避免的喷射过程引起了人们的注意,因为存在液膜阻塞管道通道的问题[30]。喷雾的反弹和碰撞过程描述了尿素颗粒的形态行为。采用Kuhnke模型对尿素液滴速度进行了数值模拟,研究了喷射参数对尿素液滴速度的影响。配备SCR的柴油颗粒过滤器(DPF)系统有助于减少碳烟和碳氢化合物中的多环化合物[31]。由于SCR在重负荷条件下发挥作用,芳烃浓度进一步降低了30%SCR产生高度团聚的悬浮颗粒,它们对人体吸入的危害较小以往的研究成果仅限于不同的纳米颗粒及其乳化液如MnO、MgO、Al2O3、CuO、CeO等对各种类型生物柴油的影响,而未涉及其对后处理装置的影响。有一些工作,说明了各种技术的综合效果,以减少NO排放。这一差距已经确定,目前的工作共同描述了CI发动机中的燃料修改、缸内几何形状变化、EGR和SCR改造系统的效果,其有效地降低了燃烧室的温度。无排放。2. 材料和方法2.1. 燃料制备和混合葡萄籽油是以葡萄籽和葡萄渣为原料生产的,是酿酒工业的副产品这些是从各个行业收集的,通过机械压榨粉碎以获得葡萄油和油饼。这种机制的产油率约为30%。这种生物燃料具有最小的二氧化碳排放量和生物质废物的再利用根据ASTM标准,该油不具有用于CI发动机运行的合适性质,因此使用甲醇以摩尔比4.5:1将其进行酯交换有可能达到接近95%的产率。图1显示了生物柴油燃料制备的步骤。为了进一步改善GSME的化学性质,将氧化锌(ZnO)纳米颗粒以乳液形式加入其中。纳米颗粒的平均尺寸为36 nm。在电子显微镜下仔细分析这些颗粒的适用性及其放大形状后,将颗粒与基础燃料在超声波发生器中混合45 min。对乳液进行稳定性试验两周。稳定期延长,添加极微量的Span 80表面活性剂。表1显示了基础燃料、柴油和GSME的性质。GSME与ZnO纳米颗粒溶液的共混组合表示为GS + ZnO。用GSME将氧化锌纳米颗粒溶液限制为5体积%。导热性和分子量使其在CI发动机中的操作更加顺畅。2.2. 测试引擎在一台最大开发功率为5.2kW的单缸直喷式发动机上进行了试验对于所有实验运行,喷射正时和压力固定为23°bTDC和200巴。发动机连接到一个涡流式发电机,在那里产生的扭矩进行测量。空气流量和燃料吸入量由孔板、空气盒和滴定管-秒表装置测量。铬镍铝镍热电偶可准确记录废气温度。燃烧特性是通过计算放热、最大放热量Fig. 1. 制备生物柴油的步骤诉Praveena,M.Leenus Jesu Martin和V.埃德温·吉奥工程科学与技术,国际期刊33(2022)1010854¼þð Þ% ¼杯x=¼x × ××表1燃料特性。财产ASTM标准柴油GSMEGSME + ZnO密度(kg/m3)小行星D1298830846849运动粘度(cSt)D 4453.94.084.42热值(MJ/kg)D 24043.739.0638.9CCID976485559表2引擎规格。品牌和型号Kirloskar TV1发动机类型单缸,水冷孔径(毫米)87.5行程长度(mm)110压缩比17.5:1额定功率5.2 kW喷油正时和压力23°bTDC,200bar喷嘴孔数量压力、点火延迟等使用压力体积数据。安装了压电传感器,通过传感器记录压力波动。记录100个连续循环的压力并记录在计算机中。发动机规格见表2。当量(1)利用压力体积数据计算热释放率(HRR)。QCPDV1VdP1c-1c-1哪里C代表的比的具体废气排放,如HC、CO和NOx,AVL气体分析仪(ppm)。AVL烟度计测量烟度,单位为%。制动器比排放量的计算单位为g/kWh,使用方程式中的测量值(二)没有 g kWh没有 ppm10-6分子量:wtofNOxðmaþmfÞ分子量:wtofair BP×3600ð2Þ图2示出了提供废气再循环(EGR)和选择性催化还原(SCR)装置的实验装置。2.3. 缸内几何修改到目前为止,研究人员对发动机的改进进行了许多研究,如活塞的热涂层,喷嘴直径变化,喷射压力,喷射正时等。在这项研究中,活塞形状被修改为不同的配置,即环式。在平面磨削过程中,通过去除材料来获得所需的形状。该轮廓具有高涡流和双曲线图案。由活塞改型产生的空腔决定了空气燃料混合和挤气运动的质量。 图3所示为活塞形状及其几何细节的照片。2.4. EGR设置采用冷EGR方法,可以降低缸内温度,提高充气密度。废气被引导通过进气歧管进入。根据作者进行的优化,再循环率固定为5%[20]。控制阀通过方程式调节废气的流量。(三)、废气再循环(EGR)CO2进气口x100 3CO2废气自来水在废气周围的通道中循环,气体温度降至35 °C。EGR运行的具体条件见表3。2.5. SCR装置SCR技术参与了这项研究工作,因为它是减少NOx排放的有效技术[24]。蜂窝陶瓷基底购自中国,将催化剂(铜沸石)涂覆在其上,并同时使用鼓风机。将涂覆的基材置于焚烧炉中,通过在涂覆之前和之后称量基材来计算催化剂的体积。将催化剂涂覆的陶瓷保持封闭在具有会聚-发散通道的腔室内。图二. EGR和SCR的实验装置。诉Praveena,M.Leenus Jesu Martin和V.埃德温·吉奥工程科学与技术,国际期刊33(2022)1010855DN@RþDR@RþDw@R60图三. 环形活塞轮廓。表3SCR和EGR设置的规范。描述值EGR类型冷孔直径4 mmSCR催化剂直径90毫米细胞密度400 cpsi还原剂尿素水溶液分子式NH2-CO-NH2浓SCR回路由尿素水罐、泵、喷射器、分解管、混合器和连接管道组成SCR装置规格见表3。对于每一摩尔经历化学反应的尿素,产生两摩尔的氨气,并且该氨气与氮的氧化物反应以产生N2,如方程式(1)中所示。(4).4 NH3NH4 NO NO NO2!4 N2N 6 H2O4 NSCR设置如图所示。 四、喷射位置与排气阀的距离为210 mm多孔型混合器位于距离SCR入口850mm处。这些混合器能够使生成的氨气与发动机废气完全混合。2.6. 测试程序对于本研究,发动机转速保持在1500 rpm,负载在0.98 kW至5.2kW之间变化。在达到稳定状态后记录发动机读数,并确保没有波动。对于所有的负载条件,参数,如空气流量,燃料流量,曲轴转角处的压力,排放,如HC,CO,NOx和烟雾。读数的平均值有助于最大限度地减少误差。最初,发动机是预热的柴油燃料。后来,GSME被用于运行发动机,随后添加ZnO的GSME燃料。该发动机采用环形活塞结构,EGR率为5%,SCR装置带有混合器,并在其上运行纳米颗粒与生物柴油的混合2.7. 不确定不确定性是指测量值和计算值之间的差异。这种分析有助于减少实验误差、随机误差和仪器误差。测量和计算的不同参数,如BP、BTE、HC、CO等,会导致总不确定度。表4显示了实验中使用的仪器的不确定度。用于确定BP中不确定度的样本计算如下式所示(五)BP¼2pN×R×W500mmS.ffi ffiffiffi@ffiffiffiBffiffiffiPffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiΣffiffiffi2ffiffiffiffiffiffiffiffi.ffiffiffiffi@ffiffiffiBffiffiPffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiΣffiffiffi2ffiffiffiffiffiffiffiffi.ffiffiffiffi@ffiffiffiBffiffiPffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiΣffiffiffiffi2ffi见图4。 SCR设置完毕。累积误差推导如下:总计:<$qUnTFC2UnBP2UnBTE2表4各种仪器和测量范围的不确定度。测量的量范围精度NOx0±5 ppmHC0±20 ppmCO0-10%±0.02%烟度0-100%±1%发动机速度0±10 rpm缸压力0±0.5巴单位BP¼1/4: 0124千瓦诉Praveena,M.Leenus Jesu Martin和V.埃德温·吉奥工程科学与技术,国际期刊33(2022)10108563. 结果和讨论绘制了基础燃料柴油和GSME的性能、排放和燃烧参数。为了更好地理解,GSME情况1表示GSME +5%ZnO纳米流体。GSME情况2代表GSME +5%ZnO纳米流体+环形活塞。GSME情况3表示GSME+5%ZnO纳米 流体+ 环形 活塞 +5%EGR ,GSME 情况4 表示 GSME+5%ZnO纳米流体+环形活塞+5%EGR + SCR。3.1. NOx排放图5示出了具有与环形活塞耦合的GS ZnO和5%EGR的SCR装配发动机的NOx的变化。在满负荷条件下,柴油和GSME的NOx分别为7.7g/kWh和9.2 g/kWh。GSME中过量的氧原子导致燃烧过程中温度升高,从而产生更多的NOx排放。无论空燃比如何,由于绝热温度和停留时间较低,低负荷时NOx排放(ppm)较小[32]。在预混合阶段有更多的燃油加入.当添加氧化锌颗粒时,其催化作用和较高的热导率吸收了多余的热量,降低了绝热火焰温度。这 将NOx排放水平降低至8.2g/kWh。环形几何形状确实不会引起NOx排放的太大变化,并且水平保持在8.07 g/kWh。EGR和SCR装置通过稀释剂(H2O和CO2)和催化反应降低NOx.再循环气体减少了热效应,并且对于5%EGR产生5.5g/kWh的NOx。同样,SCR装置启动水解反应以还原NOx。废气在催化剂床中停留的时间越长,NOx还原效率越高(见图1)。 6)。受阻,NOx排放是从5.5减少g/kWh至2.05克/千瓦时。在这项工作中使用的各种策略的集体影响,导致氮氧化物排放量减少了76.9%。3.2. HC排放在满负荷工况下,柴油和GSME的HC排放分别为0.53 g/kWh和0.4 g/kWh。对于两种基础燃料,HC排放随负荷的增加而降低。碳氢化合物在高燃烧温度下有效燃烧。氧化锌颗粒和环形活塞形状进一步促进完全燃烧,从而将HC排放量减少到0.35 g/kWh和0.33 g/kWh。碳原子的活化温度降低,碳氢化合物被氧化。5%EGR率不利于碳氢化合物分子的氧化,氧稀释降低SCR夹杂物对HC排放影响因此,在燃料改良和处理方法之后,观察到0.42 g/kWh的HC排放3.3. CO排放图图7示出了配备SCR的发动机的CO的变化,该发动机具有与环形活塞耦合的GS ZnO和5%EGR。在满负荷条件下,柴油和GSME的CO排放量分别为4.8 g/kWh和4.3 g/kWh。燃烧区内氧含量不足和混合气浓度过高是导致CO排放的主要原因。与GSME燃料相比,纳米混合样品产生更少的CO排放。这可以通过氧化锌纳米颗粒中18%的额外氧分子来解释。CO的形成也归因于CH2 O和HCO自由基的转化[33]。满负荷时的CO排放量降至4.19 g/kWh。环形活塞形状防止火焰蔓延到挤气区域,从而进一步将CO排放量降低到4.01 g/kWh。当EGR率为5%时,4.4 g/kWh,因为稀释剂通过其比热容吸收热量。催化剂床反应能够实现NOx还原,并且不能影响CO排放。其他后处理装置如DOC和DPF将有助于减少CO排放。3.4. 烟排放图图8示出了装有SCR的发动机的烟的变化,该发动机具有GS ZnO与环形活塞和5%EGR耦合。在满负荷工况下,柴油机和GSME的烟度排放分别为48%和46%。碳烟分子的演化发生在缸内富混合气处。由于燃料中存在氧气,GSME的燃烧速率增加加入氧化锌颗粒后,不透明度降低了8.6%喷雾动量得到提升,并形成氢氧化物自由基,这反过来又诱导碳烟颗粒的氧化。环形活塞形状开发了更多的动能和增强的涡流消耗可用的氧气,从而减少烟雾到38%。然而,EGR和SCR技术图5.各种策略对NOx排放的影响。见图6。不同策略对HC排放的影响。诉Praveena,M.Leenus Jesu Martin和V.埃德温·吉奥工程科学与技术,国际期刊33(2022)1010857图7.各种策略对CO排放的影响。见图9。 不同策略对BTE的影响。图8.第八条。不同策略对烟雾排放的影响见图10。 不同策略对BSFC的影响。不支持减少吸烟。有一个很高的上升烟尘前体,他们中断烟尘氧化的速度。废气排放量上升到55.1%,由于EGR夹杂物。SCR装置进一步提高不透明度至57.6%,因为通过将NO转化为NO2而部分吸收了氧原子。因此,作为SCR反应的影响,产生了更多的烟灰颗粒。在最后的实验中的烟雾比GSME在半负荷时高23%。3.5. 制动器热效率(BTE)图9示出了具有GS ZnO与环形活塞和5%EGR耦合的SCR装配发动机的BTE的变化。在满负荷工况下,柴油和GSME的BTE分别为32.2%和28.8%。生物柴油的BTE损失是由于燃料的高粘度和密度而实现的。氧化锌纳米颗粒有助于增强燃烧过程,因为它们具有额外的氧含量。GS-ZnO燃料的BTE值最高可达29.3%。将活塞形状修改为环形形状,进一步改善了BTE,百分之三十点五燃烧区内增加的涡流运动有效地燃烧燃料,从而产生高的有用功。EGR率为5%时会导致可用能量的一些损失,因为废气会吸收这些能量并降低峰值温度。BTE略微下降至29.4%。装置中的SCR反应产生背压流并中断平稳燃烧。因此,对于供应的单位量的燃料,实现有用功的损失。BTE从29.4%下降到28.8%。制动燃油消耗率(BSFC)图图10示出了装有SCR的发动机的BSFC的变化,该发动机具有GSZnO与环形活塞和5%EGR耦合。在满负荷条件下,柴油和GSME的BSFC分别为278 g/kWh和325 g/kWh。GSME的热值越低,产生相同的制动功率所消耗的燃料越多.通过向生物柴油中添加纳米颗粒,BSFC从325 g/kWh降低到313 g/kWh。纳米颗粒在微米级爆炸,反应速率由于其氧含量而增加。由于更好的空气燃料混合,活塞形状改变进一步将BSFC降低至290.5g/kWh。涡流和引起的翻滚运动有助于诉Praveena,M.Leenus Jesu Martin和V.埃德温·吉奥工程科学与技术,国际期刊33(2022)1010858见图11。 各种策略对EGT的影响。有效利用供应的燃料。5%的EGR率包含物稀释了进气和燃烧混合物,从而将BSFC提高到312 g/kWh。需要过量的燃料来维持燃烧质量。增加SCR装置,由于背压效应,BSFC进一步增加至319 g/kWh。3.7排气温度(EGT)图11示出了具有GS ZnO与环形活塞和5%EGR耦合的SCR装配发动机的EGT的变化。在满负荷条件下,柴油和GSME的EGT分别为336 °C和410 °C。在GSME燃烧中,随着燃烧过程持续较长的曲轴转角,排气具有较高的温度。这也在BTE图中示出(图9)。当将氧化锌纳米颗粒添加到GSME中时,有助于良好的轴功量。这说明废气带走的热量较少。环形活塞改善了空气燃料动量和混合过程,使EGT降至357 °C。燃烧混合物由于EGR而被稀释。CO2和H2O的比热值较高,有降低绝热火焰温度的趋势。因此,EGT从357 °C降低到339 °C。SCR反应利用废气的热量来分解和加热尿素。 这将EGT从339 °C降 低 到278 °C。3.6. 缸内压力图12示出了在满负荷下具有GS ZnO与环形活塞和5%EGR耦合的燃料的较低粘度和较好挥发性使得在预混合燃烧阶段中能够燃烧大量的燃料,从而提高气缸压力。柴油和GSME的压力峰值分别为76.01 bar和60.4 bar。生物柴油的理化性能较差,导致空燃混合气质量较差。纳米粒子的加入改善了生物柴油的化学性质。它们额外的氧含量支持燃烧过程,促进二次燃烧原子化的最大压力是募集60.5 65.2 bar。在活塞形状的共同作用下,生物柴油的缸内压力值进一步上升到73.02bar和纳米颗粒悬浮液。与半球形活塞相比,峰值压力更接近上止点。EGR和SCR技术已将峰值压力降至72.1 bar,64.2酒吧随着进气温度的变化和稀释气体(CO2和H2O)对燃烧效率的影响,Fig.12.各种策略对气缸压力的影响。图十三. 不同策略对HRR的影响。压力面临着下降与EGR。背压流造成发动机压缩燃烧气体的问题,从而需要额外的机械功。这会影响发动机性能并降低燃烧效率。因此,通过包括SCR装置,峰值压力降低到67.2巴3.7. 热释放速率图13示出了具有与环形活塞耦合的GS ZnO和5%EGR的SCR装配发动机的HRR的变化。在满负荷工况下,柴油机和GSME的HRR分别为62.3J/°CA和54.8J/°CA生物柴油的最大放热发生在柴油之前的曲轴转角处。这与较短的点火延迟有关的燃料。ZnO混合GSME产生的最大HRR为59.6 J/°CA,这是增加的燃料动量和更好的空气燃料混合物的最终效果。最大HRR的发生率为诉Praveena,M.Leenus Jesu Martin和V.埃德温·吉奥工程科学与技术,国际期刊33(2022)1010859图14. 不同策略对点火延迟期的影响。从TDC提前1°CA。环形活塞在预混合阶段准备了更多的燃料。因此,HRR(63.1 J/°CA)高于半球形活塞。在试验中包括EGR回路已经延迟了HHR最大位置,其值降低到58.6 J/°CA。由于再循环气体引起热效应稀释,废气回流在燃烧过程中产生扰动,从而降低HRR值,51.1J/°CA。3.8. 着火延迟期和燃烧持续期图图14和图15示出了具有GS ZnO与环形活塞和5%EGR耦合的SCR装配发动机的点火延迟和燃烧持续时间的变化。在全负荷工况下,柴油和GSME的滞燃期分别为10 °CA和9 °CA。纳米颗粒添加剂和环形导向器在空气燃料混合和更好的燃料动量。这导致瞬时燃烧,因此点火延迟降低到6°CA。EGR和SCR技术由于稀释而在空气燃料混合和汽化中产生障碍,图15. 不同策略对燃烧持续期的影响。点火延迟增加到7°CA。燃烧持续期的变化归因于燃烧过程的性质。放热量越多,燃烧持续时间越短,燃烧过程越强,燃烧结束越早。柴油和GSME的燃烧持续期分别为42°CA和47°CA。较高的粘度和较差的挥发性延长了GSME的燃烧持续时间。添加纳米颗粒和改变活塞形状提高了火焰速度,燃烧持续时间分别降低到46°CA和44°CA。EGR和SCR技术由于混合物的再燃烧和收缩的热释放而将燃烧持续时间增加到45°CA和47°CA。4. 结论本研究的重点是利用酿酒工业废物,并将其转化为生物柴油的传统CI发动机的方法。这是通过一系列的方法来实现的,如燃料组成,发动机设计。1. GSME的理化性能符合ASTM标准。为了进一步增强燃料性质,GSME与纳米形式的氧化锌颗粒共混。十六烷指数提高了7.2%。2. 由于氧化锌添加剂,BTE从28.9%增加到29.3%。环形活塞形状将BTE修改了4%。EGR和SCR技术导致BTE比GSME燃料略有下降。3. NOx排放量比柴油高22.08%。氧化锌颗粒的催化作用和导热性能降低了绝热火焰温度,进而将NOx排放量降低至8.2 g/kWh。活塞形状调整、EGR和SCR装置进一步降低了76.9%的NOx排放。4. 由于纳米混合物中的氧分子增加和空气燃料增强混合,HC排放在所有工作阶段都有所减少。GSME + ZnO +环形形状的HC排放量为0.34 g/kWh,比GSME低15%。EGR技术由于稀释剂和热效应使HC排放提高了23.5%。5. GSME的CO排放量比柴油低10.4%。额外的氧气含量仍然减少了CO排放。GSME + ZnO+环形形状的CO排放量为4.01 g/kWh。EGR和SCR技术不利于降低CO排放。这增加了12.51%的6. 与 GSME 相 比 , GSME + ZnO+ 环 形 形 状 的 烟 气 排 放 减 少 了17.5%EGR在15%和SCR升高不透明度水平的49.8%,由于降低火焰温度。7. GSME在燃料和发动机设计变化的情况下的最大气缸压力为64.1bar , 比到 GSME 。 GSME + ZnO+ 环 形 的 HRR 最 高 , 为63.01°J/CA,并且随着EGR和SCR技术的引入开始降低。考虑到上述数据,所建议的不同策略,如添加纳米颗粒、活塞形状构成、EGR技术和SCR装置,可以有助于减少所有受管制的排放,使BTE保持在可接受的限度内。GSME被证明是一种有前途的能源,也解决了全球葡萄酒制造业面临5. 今后工作将碳基纳米颗粒与GSME共混,研究其对GSME性能、燃烧和排放特性的影响预计这将产生最小的影响诉Praveena,M.Leenus Jesu Martin和V.埃德温·吉奥工程科学与技术,国际期刊33(2022)10108510对环境的影响SCR上涂覆DPF催化剂可以替代现有的SCR,从而提高NOx的还原效率。可以使用尿素水溶液以外的各种氨源,并分析它们的氨气产率。竞争利益作者声明,他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系,可能会影响本文报告的工作。引用[1] 石油湾BP世界能源统计评论世界能源统计评论第67版2018年[2] M.K. 耶西柳特角切苏尔河谷阿斯兰,Z.Yilbasi,红花生物柴油的制备 石油作为一种潜在的原料及其在压燃式发动机中的应用:全面综述,Renew。苏斯特能量。版本109574(2019)。[3] S. Simsek,S. Uslu,使用响应曲面法(RSM)确定以菜籽油、红花和废植物油为基础的生物柴油组合提供动力的柴油发动机操作参数,燃料270(2020)117496,https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117496。[4] I_. Temizer,2004吉汉湾Eskici,数值和实验研究,生物柴油/柴油燃料对CI发动机燃烧特性的影响,燃料270(2020)117523,https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117523。[5] B.A. Oni,D.陈文,陈文生,等. 能源149(2020)725-734。[6] M.- P. Zacharof,葡萄酒厂废物作为生物转化的原料:应用生物炼制概念,废物生物质Valori 8(4)(2017)1011-1025。[7] P. 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