Nyt kig på gamle data fører til renere motorer

Ny indsigt i, hvordan man forstår og i sidste ende styrer kemien for antændelsesadfærd og dannelse af forurenende stoffer, er blevet opdaget i forskning ledet af Sandia National Laboratories. Opdagelsen vil i sidste ende føre til renere, mere effektive forbrændingsmotorer.

"Vores resultater vil tillade design af nye brændstoffer og forbedrede forbrændingsstrategier, sagde Nils Hansen, Sandia -forsker og hovedforfatter af forskningen. "At gøre forbrændingen renere og mere effektiv vil have en enorm indvirkning, reducere energiforbruget rundt om i verden. "

Arbejdet, som fokuserer på den kemiske videnskab ved lavtryksflammemålinger, findes i Forløb fra Forbrændingsinstituttet og blev valgt som et fornem papir i Reaction Kinetics til det 37. internationale symposium om forbrænding. Forfattere omfatter Hansen, Xiaoyu Han, tidligere Sandia praktikant Rachel Griggs og tidligere Sandia postdoktor udnævnt Kai Moshammer, som nu er på Physikalisch-Technische Bundesanstalt i Tyskland. Forskningen blev finansieret af Department of Energy's Office of Science.

Oprettelse af et massivt datasæt af flammer og brændstoffer

Teamet kombinerede output fra omhyggeligt kontrollerede målinger på en bred vifte af brændstoffer til et enkelt kategoriseret og kommenteret datasæt. Korrelationer mellem de 55 individuelle flammer med 30 forskellige brændstoffer blev derefter brugt til at reducere usikkerhed, identificere inkonsekvente data og adskille virkningerne af brændstofstrukturen på kemiske forbrændingsveje, der fører til skadelige forurenende stoffer. En indledende analyse overvejede forholdet mellem spidskoncentrationer af kemiske mellemprodukter, der spiller en rolle i molekylvægtvækst og eventuel soddannelse.

Hansen sagde, til hans viden, det er første gang, forskere har set på disse muligheder. Ved at identificere inkonsekvenser, de nye metoder skulle i sidste ende føre til bedre modeller for at forstå forbrænding. Typisk, velkontrollerede eksperimenter hjælper med at validere computermodeller til at forstå forbrændingsprocessen og til at udvikle nye forbrændingsstrategier.

Data fra lavt tryk forblandede flammer bruges typisk til at validere kemiske kinetiske mekanismer ved forbrænding. Disse detaljerede mekanismer danner derefter grundlaget for at forstå dannelsen af ​​forurenende stoffer og forudsige adfærd ved forbrændingsapplikationer.

Historisk set forskningsartikler rapporterede data fra en enkelt flamme eller et par flammer, sammen med en ny mekanisme til et specifikt brændstof. Imidlertid, den fremgangsmåde, som Hansens team var banebrydende for, baner vejen til måling af et stort antal flammer og offentliggørelse af adskillige mekanismer, der normalt ikke krydsvalideres med andre data og mekanismer.

Hansen sammenligner opdagelsen med opdagelsen af ​​en gammel artefakt. Meget få konklusioner kan drages af en enkelt artefakt. Imidlertid, at samle tusinder af lignende artefakter skaber et mere komplet historisk billede.

"Vores arbejde afslører oplysninger, der typisk er skjult i ensemblet af lavtryksflammedata, "Sagde Hansen." F.eks. nyttige mål til modelvalidering kan hentes fra en database med mere end 30, 000 datapunkter. "

Analyse af flammer

Efter analyse af flammerne, forskere fandt ud af, at korrelerede egenskaber giver nye valideringsmål, der kun er tilgængelige, når man undersøger de kemiske strukturer i et bredt sæt lavtryksflammer.

Hansen sagde, at de omfattende kemisk-kinetiske modeller til forbrændingssystemer i stigende grad bruges som grundlag for ingeniørmodeller, der forudsiger brændstofydelse og emissioner til forbrændingsdesign. Disse modeller er ofte tvetydige på grund af det store sæt parametre, der bruges til at informere modellen, men synkrotronbaseret, single-foton ionisering massespektrometri måling, banebrydende i DOE's Gas Phase Chemical Physics -program, har skabt en hidtil uset stigning i detaljerede kemiske data.

Langsigtede fordele

Arbejdet vil i sidste ende hjælpe med at samle mere præcise kemiske mekanismer til beskrivelse af forbrændingsprocesser, Sagde Hansen.

"Vores mål er at bedre forstå og i sidste ende kontrollere kemien i antændelsesadfærd og dannelse af forurenende stoffer, "sagde han." Efterfølgende, dette vil føre til rene og effektive forbrændingsmotorer. "

Hansen sagde, at hans teams resultater låser op for en helt ny vej til forskning ved Sandias forbrændingsforskningsfacilitet.

"Anvendelse af datavidenskab og maskinlæringsværktøjer udtrækker endnu mere information fra store datasæt, "sagde han." Vores arbejde har åbnet porten for at vise, at datavidenskab kan anvendes til forbrændingsforskning. "