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  • Una nueva mirada a los datos antiguos conduce a motores más limpios

    El investigador de Sandia National Laboratories, Nils Hansen, aquí se muestra el equipo de montaje en la instalación de investigación de combustión, dice que los nuevos conocimientos sobre cómo controlar la química del comportamiento de ignición y la formación de contaminantes conducirán al diseño de nuevos combustibles y mejores estrategias de combustión. Crédito:Dino Vournas

    Se han descubierto nuevos conocimientos sobre cómo comprender y, en última instancia, controlar la química del comportamiento de ignición y la formación de contaminantes en una investigación dirigida por Sandia National Laboratories. El descubrimiento eventualmente conducirá a un limpiador, motores de combustión interna más eficientes.

    "Nuestros hallazgos permitirán el diseño de nuevos combustibles y mejores estrategias de combustión, "dijo Nils Hansen, Sandia investigadora y autora principal de la investigación. "Hacer una combustión más limpia y eficiente tendrá un gran impacto, reducir el uso de energía en todo el mundo ".

    La obra, que se centra en la ciencia química de las mediciones de llamas a baja presión, aparece en el Actas del Combustion Institute y fue seleccionado como un artículo distinguido en Reaction Kinetics para el 37º Simposio Internacional sobre Combustión. Los autores incluyen a Hansen, Xiaoyu He, la ex pasante de Sandia Rachel Griggs y la ex nombrada postdoctoral de Sandia Kai Moshammer, que ahora está en el Physikalisch-Technische Bundesanstalt en Alemania. La investigación fue financiada por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía.

    Creación de un conjunto de datos masivo de llamas y combustibles

    El equipo combinó el resultado de mediciones cuidadosamente controladas en una amplia gama de combustibles en un solo conjunto de datos categorizado y anotado. Luego se utilizaron correlaciones entre las 55 llamas individuales que involucraban 30 combustibles diferentes para reducir la incertidumbre, identificar datos inconsistentes y desenredar los efectos de la estructura del combustible en las vías de combustión química que conducen a contaminantes dañinos. Un análisis inicial consideró las relaciones entre las concentraciones máximas de intermediarios químicos que juegan un papel en el crecimiento del peso molecular y la eventual formación de hollín.

    Hansen dijo eso, a su conocimiento, esta es la primera vez que los investigadores analizan estas posibilidades. Al identificar inconsistencias, En última instancia, los nuevos métodos deberían conducir a mejores modelos para comprender la combustión. Típicamente, Los experimentos bien controlados ayudan a validar modelos informáticos para comprender el proceso de combustión y desarrollar nuevas estrategias de combustión.

    Los datos de las llamas premezcladas a baja presión se utilizan normalmente para validar los mecanismos cinéticos químicos en la combustión. Estos mecanismos detallados proporcionan la base para comprender la formación de contaminantes y predecir el comportamiento de las aplicaciones de combustión.

    Históricamente, los trabajos de investigación informaron datos de una sola llama o unas pocas llamas, junto con un nuevo mecanismo para un combustible específico. Sin embargo, El enfoque iniciado por el equipo de Hansen allana el camino para medir una gran cantidad de llamas y publicar numerosos mecanismos que, por lo general, no se validan de forma cruzada con otros datos y mecanismos.

    Hansen compara el descubrimiento con el descubrimiento de un antiguo artefacto. Se pueden sacar muy pocas conclusiones de un solo artefacto. Sin embargo, juntar miles de artefactos similares crea una imagen histórica más completa.

    "Nuestro trabajo revela información típicamente oculta en el conjunto de datos de llamas de baja presión, "Dijo Hansen." Por ejemplo, los objetivos útiles para la validación del modelo se pueden obtener de una base de datos con más de 30, 000 puntos de datos ".

    Analizando llamas

    Después de analizar las llamas, Los investigadores encontraron que las propiedades correlacionadas proporcionan nuevos objetivos de validación accesibles solo cuando se examinan las estructuras químicas de un amplio conjunto de llamas de baja presión.

    Hansen dijo que los modelos químico-cinéticos integrales para los sistemas de combustión se utilizan cada vez más como base para los modelos de ingeniería que predicen el rendimiento del combustible y las emisiones para el diseño de cámaras de combustión. Estos modelos suelen ser ambiguos debido al gran conjunto de parámetros utilizados para informar el modelo, pero basado en sincrotrón, medición por espectrometría de masas de ionización de fotón único, fue pionero en el programa de Física Química en Fase Gaseosa del DOE, ha creado una oleada sin precedentes de datos químicos detallados.

    Beneficios a largo plazo

    El trabajo eventualmente ayudará a ensamblar mecanismos químicos más precisos para describir los procesos de combustión, Dijo Hansen.

    "Nuestro objetivo es comprender mejor y, en última instancia, controlar la química del comportamiento de ignición y la formación de contaminantes, ", dijo." Posteriormente, esto conducirá a motores de combustión interna limpios y eficientes ".

    Hansen dijo que los hallazgos de su equipo abren una vía completamente nueva para la investigación en las instalaciones de investigación de combustión de Sandia.

    "La aplicación de herramientas de ciencia de datos y aprendizaje automático extrae aún más información de grandes conjuntos de datos, ", dijo." Nuestro trabajo ha abierto la puerta de par en par para mostrar que la ciencia de datos se puede aplicar a la investigación de la combustión ".


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