Pionierskie badania nad biogazami
Zespół naukowców z Politechniki Warszawskiej opracowuje metodę modelowania wielkości komórki detonacyjnej mieszaniny biogazów z tlenem przy pomocy uczenia maszynowego. Wyniki ich prac stanowią novum w obszarze badań nad detonacją.
– 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.
– 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.
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