– Biogaz uznawany jest za ekologiczną alternatywę paliwa kopalnianego. Dodatkowo spalanie detonacyjne przełoży się na zwiększenie sprawności termicznej obiegu, co się później przełoży na samo zmniejszenie zużycia paliwa – mówi dr hab. inż. Jan Kindracki, prof. uczelni z Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa PW. – Wiedza pozyskana w trakcie naszych badań może zostać wykorzystana do prac nad projektowaniem komór spalania wykorzystujących technologię wirującej detonacji dla biogazu jako paliwa i zwiększenie poziomu bezpieczeństwa ich użytkowania – dodaje.

W celu przeprowadzenia badań, w ich pierwszym etapie, naukowcy musieli zaprojektować i zbudować odpowiednią do tych celów rurę detonacyjną.

Profesor Jan Kindracki przy pracy.

– Zbudowaliśmy komorę na podstawie pewnych naszych założeń, które oparliśmy o wiedzę na temat szerokości komórki detonacji w mieszance metanu z tlenem – wyjaśnia prof. Kindracki, który już wcześniej budował z sukcesami prototypowe komory spalania, mogące mieć zastosowanie w lotnictwie, czy to w silnikach rakietowych, czy turbinowych.  – Rura detonacyjna mierzy około 6 metrów długości: część inicjująca, lub inaczej napędzająca, ma ok. 1 m, natomiast cześć badawcza ma ok. 4,5 m – dodaje.

Od lewej: mgr inż. Stanisław Siatkowski i mgr inż. Krzysztof Wacko.

Wewnątrz rury detonacyjnej umieszczono elastyczną płytkę pokrytą sadzą, na której, po przejściu fali detonacyjnej, uzyskiwany jest jej ślad, obrazujący komórki detonacyjne. Kolejnym krokiem jest cyfryzacja tego obrazu, w celu zmierzenia szerokości komórki detonacyjnej, przypominającej kształtem romb i wykonania obliczeń statystycznych. Wszystko po to, aby uzyskać informację o szerokości komórki detonacyjnej dla określonych warunków (ciśnienie początkowe mieszaniny, współczynnik stechiometrii mieszaniny i rodzaj biogazu, tj. objętościowy stosunek dwóch głównych składników biogazu, czyli metanu i ditlenku węgla).

– Obecnie skupiamy się na budowie modeli matematycznych z wykorzystaniem metod uczenia maszynowego, które pozwolą przewidywać m.in. szerokości komórek dla różnych, nieprzebadanych składów biogazów – mówi prof. Kindracki. – By jednak móc przejść do tego etapu, musieliśmy pozyskać bazę danych, aby algorytm obliczeniowy mógł poprawnie funkcjonować i przewidywać wyniki. W tym celu przeprowadziliśmy ponad 600 eksperymentów w rurze detonacyjnej, przy czym średni czas przeprowadzenia pojedynczego eksperymentu to około 60 minut. To nowość w badaniach detonacji biogazów. Dotychczas, przy tworzeniu modeli opierano się na równaniach fizycznych, które były użyteczne w zakresie badanych parametrów. Nasze podejście powoduje uzyskanie możliwości wyznaczenia badanych parametrów poza tym zakresem – podsumowuje.

Pierwsze wyniki badań zespołu pod kierownictwem prof. Kindrackiego zostały opublikowane w czasopiśmie Energies.

-

Projekt „Badania eksperymentalne i modelowanie wielkości komórki detonacji mieszanin biogazów z powietrzem przy użyciu metod uczenia maszynowego” jest finansowany z grantu badawczego Centrum Badawczego POB Konwersja i magazynowanie energii programu Inicjatywa Doskonałości - Uczelnia Badawcza, który realizowany jest na Politechnice Warszawskiej.

Skład zespołu badawczego:
dr hab. inż. Jan Kindrancki, prof. uczelni; mgr inż. Stanisław Siatkowski; mgr inż. Krzysztof Wack

Zapraszamy do zapoznania się z informacją z Katalogu B+R: Laboratorium Napędów Satelitarnych i Detonacyjnych