۱٫۳۸

۲٫۹۸

۳٫۲۲

انحراف از معیار

نتایج ۳ بار تکرار و مقدار میانگین برای ناکس در دور RPM1200 و بار %۱۰۰

نتایج بدست آمده از مقادیر انحراف از معیار نشان از اطمینان صحت آزمایش‌ها دارد که این موضوع به خوبی در شکل (۳-۵) برای ناکس قابل مشاهده است.
نتایج و تحلیل آنها
مقدمه
برای بررسی قابلیت استفاده از بیودیزل پسماند خوراکی به عنوان سوخت در موتور باید پارامترهای عملکرد، آلایندگی، احتراق و عمر مفید موتور در شرایط مختلف کارکرد موتور با سوخت استاندارد دیزل مقایسه شود. با توجه به امکانات آزمایشگاهی، هر پژوهنده‌ای اقدام به بررسی و تحلیل برخی از پارامترهای یاد شده، می‌کند. در این پژوهش با توجه به امکانات آزمایشگاهی، عملکرد و آلایندگی موتور در دورها و بارهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است که در فصل پیش‌رو به آنها پرداخته می‌شود.
نتایج عملکرد موتور
عملکرد موتور به راندمان حرارتی، توان، گشتاور، مصرف سوخت ویژه ترمزی و دمای گازهای خروجی اطلاق می­ شود. تک تک موارد فوق در ادامه بررسی خواهند شد.
راندمان حرارتی
شکل‌های (۴-۱) تا (۴-۴) تغییرات راندمان حرارتی را در ۲۵، ۵۰، ۷۵ و ۱۰۰ درصد، بار وارد بر موتور در دورهای ۱۲۰۰، ۱۴۰۰، ۱۷۰۰ و ۲۰۰۰ دور در دقیقه نمایش می‌دهند.
تغییرات راندمان حرارتی در مقابل بار موتور در دور RPM 1200
با افزایش بار موتور در دور RPM 1200 ابتدا راندمان حرارتی افزایش پیدا می‌کند که به سبب افزایش میزان سوخت تزریق شده به موتور و کاهش تلفات حرارتی در مقایسه با افزایش انرژی ورودی می‌باشد و در بارهای %۵۰ و %۷۵ به ماکزیمم مقدار خود می‌رسد. پس از آن به دلیل افزایش زیاد سوخت و در نتیجه اتمیزه شدن نامناسب سوخت و نبود توربولانس مناسب به سبب دور پایین موتور راندمان حرارتی کاهش می‌یابد. با افزایش میزان مخلوط بیودیزل در دیزل در این دور راندمان حرارتی کاهش می‌یابد که دلیل آن افزایش لزجت سوخت و ایجاد تغییرات در پارامترهای پاشش سوخت از قبیل مخروط اسپری و نسبت سطح به حجم قطرات سوخت است. افزایش این پارامترها باعث افت راندمان پاشش می‌شود که این موضوع در B30 به‌ خصوص در بار %۱۰۰ نمود بیشتری دارد. از دلایل دیگر کاهش راندمان می‌توان به شکل گیری ناکس اشاره کرد که سبب دریافت گرمای زیاد از احتراق برای شکستن مولکول‌های نیتروژن می‌شود. در مخلوط B5 راندمان حرارتی بسیار نزدیک به دیزل است که در واقع لزجت سوخت در این ترکیب تأثیر کمی دارد و این اثر توسط اکسیژن موجود در ساختار سوخت پوشش داده می شود.
تغییرات راندمان حرارتی در مقابل بار موتور در دور RPM 1400
تغییرات راندمان حرارتی در مقابل بار موتور در دور RPM 1700
تحلیل‌های ارائه شده در مورد دور RPM1400 نیز صادق است با این تفاوت که به دلیل افزایش دور موتور شدت آشفتگی جریان در موتور زیاد می‌شود و باعث اختلاط بهتر ذرات سوخت با هوا شده و در نتیجه سبب بهبود راندمان احتراق به‌ خصوص در بارهای بالاتر و نسبت‌های بالاتر ترکیب بیودیزل و دیزل می‌شود.
در RPM1700 افزایش شدت توربلانس سبب بهبود احتراق می‌شود و در نتیجه راندمان حرارتی در بارهای بالا تقریبا ثابت می‌ماند و بسیار به دیزل نزدیک می‌شود به‌ خصوص در بارهای بالا نمود آن بیشتر می‌شود. در دور RPM 2000 راندمان حرارتی به موازات افزایش بار زیاد می‌شود و حتی در B5 از دیزل پیشی می‌گیرد زیرا افزایش شدت آشفتگی جریان در محفظه احتراق و پایین بودن درصد بیودیزل کاملا اثر لزجت را پوشش می‌دهند و در نتیجه اکسیژن موجود در سوخت کیفیت احتراق افزایش می‌یابد. این افزایش شدت آشفتگی نیز سبب می‌شود که بیودیزل‌های B20 و B30 به‌دلیل اکسیژن بیشتر در ساختار خود، دارای راندمان حرارتی بیش از B10 باشند.
تغییرات راندمان حرارتی در مقابل بار موتور در دور RPM 2000
شکل‌های (۴-۵) تا (۴-۸) تأثیر دور موتور را بر راندمان حرارتی نشان می‌دهند.
تغییرات راندمان حرارتی در مقابل دور موتور در بار %۲۵
راندمان حرارتی با افزایش دور موتور برای سوخت‌ها کاهش می‌یابد. علت این پدیده را می‌توان در اصطکاک بیشتر موتور و بازه زمانی احتراق (که تقریبا ثابت است) و باز شدن زودتر سوپاپ خروجی با افزایش دور و کاهش سوخت پاشیده شده در موتور جستجو کرد. با باز شدن زودتر سوپاپ خروجی بخشی از انرژی فشار گازهای احتراق به گرما تبدیل شده و از طریق اگزوز دفع می‌شود، البته در بار %۲۵ در دور‌های پایین نمود آن کم است و نمودار تقریبا افقی است، زیرا میزان سوخت پاشیده شده کم است و زمان لازم برای احتراق کامل وجود دارد و افزایش دور و بهبود احتراق اثر کاهش راندمان را از طریق اصطکاک تا دور RPM1400 پوشش می‌دهد. با افزایش دور از RPM 1400 به بالا، به سبب ساختار کنترلی پمپ انژکتور میزان سوخت کاهش می یابد که سبب کاهش آوانس پاشش و انرژی ورودی کمتر می‌شود. این عوامل سبب می‌شوند که راندمان احتراق برای همه سوخت‌ها کاهش یابد. در شکل (۴-۵) راندمان حرارتی B5 بیش از دیزل است. علت ساختار سوخت و اکسیژن موجود در آن است که در بخش‌های قبل به آن پرداخته شده است. همچنین در دور RPM 2000 راندمان B20 و B30 از B10 بیشتر است که دلیل آن کم بودن سوخت در این بار، افزایش شدت آشفتگی و بهبود راندمان پاشش و آوانس شدن پاشش سوخت به‌واسطه لزجت سوخت نسبت به B10 است.
شکل‌های (۴-۶) و (۴-۷) راندمان حرارتی را برای بارهای %۵۰ و %۷۵ نشان می‌دهند. تحلیل‌های ارائه شده برای بار %۲۵، برای بارهای %۵۰ و %۷۵ نیز صادق می‌باشند با این تفاوت که به دلیل افزایش بار و در نتیجه افزایش سوخت در تمام مراحل افزایش دور راندمان حرارتی کاهش می‌یابد.
تغییرات راندمان حرارتی در مقابل دور موتور در بار %۵۰
تغییرات راندمان حرارتی در مقابل دور موتور در بار %۷۵
تغییرات راندمان حرارتی در مقابل دور موتور در بار %۱۰۰
شکل (۴-۸) راندمان حرارتی را در بار کامل نمایش می‌دهد. روند راندمان حرارتی در این بار با بارهای کمتر تفاوت دارد. علت این تفاوت را می‌توان در پاشش زیاد سوخت دانست. در دور پایین سوخت به خوبی اتمیزه نشده و در نتیجه نیروی کشش سطحی قطرات بیشتر و راندمان احتراق کاهش می‌یابد. این مسأله با افزایش میزان بیودیزل در دیزل به‌ خصوص در B30 شدت می‌گیرد، ولی با افزایش دور موتور و اتمیزه شدن بهتر سوخت ابتدا راندمان حرارتی افزایش می‌یابد و سپس بنا به دلایل ذکر شده برای بارهای کمتر دوباره روند نزولی به خود می‌گیرد.
گشتاور
شکل (۴-۹) تأثیر میزان بیودیزل و دور موتور بر تغییرات گشتاور را در بیشینه بار وارد بر موتور نشان می‌دهد.
گشتاور موتور با درصدهای متفاوت بیودیزل و دیزل در بار %۱۰۰ برای دورهای مختلف
همان گونه که در شکل (۴-۹) نشان داده شده است در دور RPM 1200 گشتاور تولیدی با افزایش درصد بیودیزل کاهش می‌یابد. دلیل این پدیده افزایش لزجت و در نتیجه کوچک شدن زاویه مخروط پاشش و بزرگ شدن قطرات سوخت و کاهش شدت آشفتگی هوای داخل محفظه احتراق به علت دور پایین موتور است، که سبب کاهش راندمان احتراق و در نتیجه کاهش گشتاور می‌شوند. البته دلایل دیگری همچون کاهش گرمای حاصل ازاحتراق مخلوط به واسطه ارزش حرارتی کمتر سوخت، سبب کاهش فشار متوسط احتراق و در نتیجه گشتاور می‌شوند. پس از اینکه دور به RPM1400 می‌رسد به دلیل افزایش شدت آشفتگی و موجود بودن اکسیژن در ساختار بیودیزل، تأخیر اشتعال کاهش می یابد و سیکل دیزل به سیکل ترکیبی نزدیک‌تر می‌شود و برخلاف دیزل معمولی گشتاور افزایش می‌یابد. در دور RPM 1700 تأثیر اکسیژن موجود در ساختار سوخت اثر لزجت بالاتر سوخت را تحت پوشش قرار می‌دهد، زیرا با افزایش دور موتور شدت آشفتگی جریان، سوخت را در داخل محفظه احتراق با هوا بهتر ترکیب می‌کند. مجموع عوامل بالا سبب می‌شود که گشتاور تولیدی در B20 و B30 از ترکیب B10 در این دور بیشتر شود و حتی ترکیب B5 دارای گشتاوری بیش از دیزل معمولی شود.
در دور RPM 2000 عوامل مؤثر در دور RPM 1700 تأثیر بیشتری دارند. در این دور موتور، شدت آشفتگی در موتور بیشتر می‌شود و راندمان احتراق افزایش می‌یابد که سبب بیشتر شدن گشتاور ترکیب‌های بیودیزل و دیزل در مقایسه با دیزل می‌شود.
گشتاور موتور در بار%۲۵، %۵۰ و %۷۵ شبیه به بار %۱۰۰ است. علت این امر نحوه انجام آزمایش‌ها بوده است. تستها ابتدا در بار %۱۰۰ گشتاور موتور انجام شده و سپس سایر گشتاورها به نسبت بار موتور بر روی موتور توسط کنترلر دینامومتر اعمال گردیده است. تنها تفاوت بین آنها میزان گشتاور تولیدی است که با کاهش بار، گشتاور موتور کاهش می‌یابد. به همین دلیل، نمودارهای مربوطه ارائه نشده‌اند.
شکل‌های(۴-۱۰) تا (۴-۱۴) تأثیر بار موتور برگشتاور موتور را برای دورهای متفاوت نشان می‌دهند. همانگونه که مشاهده می‌شود در دور RPM 1200 با افزایش بار موتور گشتاور تولیدی از سوخت‌های ترکیبی بیودیزل و دیزل در مقایسه با دیزل کاهش می‌یابد، درحالی‌که در دور RPM 2000 با افزایش بار موتور بر گشتاور خروجی افزایش می‌یابد. علت این پدیده تأثیر بیشتر لزجت سوخت در دور پایین، تک نازل بودن انژکتور و در سوی دیگر تأثیر بیشتر اکسیژن موجود در سوخت در دورهای بالا به دلیل افزایش شدت آشفتگی است. البته می‌توان با افزایش نسبت تراکم و آوانس پاشش و یا با بالا بردن فشار پاشش و استفاده از انژکتورهای دارای چند نازل پاشش نسبت به بهبود فرایند پاشش و اختلاط بهتر سوخت و هوا به‌ خصوص در مراحل اولیه احتراق (پیش‌اختلاط) اقدام کرد و این نقطه ضعف را برطرف نمود.
گشتاور موتور با درصدهای متفاوت بیودیزل و دیزل دردور RPM 1200 و بارهای مختلف
گشتاور موتور با درصدهای متفاوت بیودیزل و دیزل دردور RPM 1400 و بارهای مختلف
گشتاور موتور با درصدهای متفاوت بیودیزل و دیزل دردور RPM 1700 و بارهای مختلف
گشتاور موتور با درصدهای متفاوت بیودیزل و دیزل دردور RPM 2000 و بارهای مختلف
توان
رفتار موتور برای تولید توان بسیار شبیه به رفتار آن در گشتاور خروجی است. توان نسبت مستقیم با دور و گشتاور موتور دارد. به همین دلیل در این مبحث فقط نمودارهای توان در بار %۱۰۰ و دور RPM2000 نمایش داده شده‌اند. شکل (۴-۱۴) توان موتور را در بار %۱۰۰ برای دورهای متفاوت نمایش می‌دهد و ملاحظه می‌شود که به دلیل افزایش بیشتر دور نسبت به کاهش گشتاور توان تولیدی موتور روند صعودی دارد. در دورهای پایین به دلیل کمتر بودن گشتاور تولیدی از ترکیب‌های بیودیزل، توان آنها نیز کمتر از توان تولیدی در مقایسه با دیزل معمولی است. ولی با افزایش دور به دلیل افزایش گشتاور تولیدی از ترکیب‌های مختلف سوخت، توان موتور بیشتر از تغذیه موتور با سوخت دیزل است.
توان موتور با درصدهای متفاوت بیودیزل و دیزل دردور RPM 2000 و بارهای مختلف
توان موتور با درصدهای متفاوت بیودیزل و دیزل در بار %۱۰۰ برای دورهای مختلف
مصرف سوخت ویژه ترمزی
مصرف سوخت ویژه ترمزی در دورRPM1200 در شکل (۴-۱۶) نمایش داده شده است. با افزایش بار موتور، به دلیل کاهش تلفات حرارتی مصرف سوخت ویژه کاهش می‌یابد و به حداقل خود می‌رسد، سپس با افزایش بار به دلیل کاهش راندمان احتراق، به دلیل افزایش لزجت، مصرف سوخت ویژه افزایش پیدا می‌کند. کاهش گرمای احتراق ترکیب‌های بیودیزل، باعث افزایش مصرف ویژه این سوخت‌ها نسبت به دیزل معمولی می‌شود. در دور RPM1200 به دلیل کم بودن شدت آشفتگی، اثر لزجت بیودیزل خود را نشان داده و سبب کاهش توان و در نتیجه افزایش BFSC می‌شود. این پدیده به خوبی برای B30 ملموس است، زیرا بیشترین لزجت مربوط به این ترکیب است. دلیل دیگر بالاتر بودن مصرف سوخت ویژه، بالاتر بودن چگالی سوخت بیودیزل است که سبب می‌شود در هر بار پاشش جرم سوخت بیشتری توسط پمپ انژکتور وارد موتور شود و از آنجا که مصرف سوخت ویژه با جرم سوخت مصرفی نسبت عکس دارد سبب افزایش BSFC می‌شود.
تأثیر افزایش بار موتور بر مصرف سوخت ویژه ترمزی دردور RPM 1200 برای ترکیب‌های مختلف