Projekt RESPIRATION

Okres realizacji: 26.04.2024 – 25.04.2026

Kierownik projektu: dr inż. Vladyslav Yuriiovych Shybetskyi

Akronim projektu: RESPIRATION

Budżet konsorcjum: 1 005 967,00 PLN

Rodzaj projektu: projekt badawczy NCN (POLONEZ BIS-2)

Miejsce realizacji projektu: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

Popularyzatorski opis projektu:

Celem projektu jest rozwiązanie problemu oczyszczania powietrza z drobnych cząstek o średnicy mniejszej niż 2,5 μm poprzez zwiększenie efektywności technologii wstępnego oczyszczania powietrza polem akustycznym z wykorzystaniem rezonatorów.

Pionierski charakter projektu determinowany jest przez:

• zastosowanie rezonatorów, które znajdują się na drodze gazu oczyszczanego z drobnych cząstek.
• zastosowanie modelowania komputerowego metodą elementów skończonych w celu uwzględnienia wszystkich czynników wpływających na proces koagulacji akustycznej.

Cele badawcze to:

1. opracowanie teoretycznego modelu matematyczny procesu składającego się z trzech wzajemnie powiązanych części: model procesu oscylacji rezonatorów przedstawiony w postaci prętów o złożonej geometrii pod działaniem oscylacji o wysokiej częstotliwości; model procesu propagacji oscylacji o wysokiej częstotliwości w ośrodku ciągłym (powietrzu) ​​przez rezonatory; model ruchu drobnych cząstek w powietrzu pod wpływem drgań o wysokiej częstotliwości i ich oddziaływania z rezonatorami;
2. opracowanie złożonego modelu komputerowego procesu propagacji oscylacji wysokich częstotliwości w środowisku akustycznym (powietrzu) ​​przez rezonatory o różnej konstrukcji w systemie analitycznym ANSYS, składające się z trzech wzajemnie powiązanych części: opracowanie modelu komputerowego procesu propagacji oscylacji o wysokiej częstotliwości w środowisku akustycznym (powietrzu) ​​poprzez rezonatory o różnej konstrukcji; opracowanie komputerowego modelu hydrodynamiki ruchu powietrza z rozproszonymi cząstkami poprzez rezonatory o różnej konstrukcji; opracowanie modelu drgań naturalnych układu koagulacji akustycznej i występowania w nim rezonansu;
3. zbadanie wpływu oscylacji o wysokiej częstotliwości przez rezonatory o zoptymalizowanej konstrukcji na jakość oczyszczania powietrza za pomocą eksperymentu fizycznego. Ustalenie prawidłowości wpływu składu granulometrycznego drobnych cząstek, ich stężenia, masy i charakteru na proces oczyszczania;
4. weryfikacja danych uzyskanych podczas modelowania i eksperymentu fizycznego;
5. optymalizacja konstrukcji rezonatorów w celu zwiększenia skuteczności koagulacji;
6. przeprowadzenie skalowania technologii i badań eksperymentalnych możliwości wykorzystania mobilnych urządzeń systemów oczyszczania powietrza systemów oczyszczania powietrza opartych na koagulacji akustycznej w połączeniu z autonomią robotów w celu eliminacji dymu, wysokiej stężenia drobnych cząstek w ograniczonej przestrzeni do działań ratowniczych;
7. rozpowszechnianie wyników projektu poprzez publikowanie w publikacjach o dużym wpływie i opisywanie wyników na międzynarodowych konferencjach, stworzenie strony internetowej, prowadzenie seminariów, publikacje w czasopismach „Cordis” i „Horizon”.

Metody modelowania matematycznego oparte na równaniach teorii ortokinetycznej, hydrodynamiki ruchu płynów (równanie Naviera-Stokesa) oraz teoria wzbudzenia akustycznego zostaną wykorzystane do opracowania teoretycznego modelu matematycznego. Symulacje komputerowe zostaną przeprowadzone przy użyciu metody elementów skończonych systemu analitycznego ANSYS. Planowane jest wykorzystanie zasad modelowania trójwymiarowego z wykorzystaniem programów CAD do budowy geometrycznych modeli badawczych.

Badanie zjawisk rezonansowych planowane jest w dwóch etapach:

• wyznaczenie częstotliwości drgań własnych metodą analizy drgań – modalnej (ANSYS)
• wyznaczenie przejawów rezonansu w układzie krzepnięcia metodą odpowiedzi akustycznej – Acoustic Response (ANSYS)

Wpływ rezonatorów na hydrodynamikę przepływu gazu zostanie określony przy użyciu hydrodynamiki obliczeniowej Fluent (ANSYS): ruch gazu jest opisany przez model turbulencji Realizable K-e; trajektorie drobnych cząstek są dostarczane przez model Discrete Phase. Projekt przewiduje ilościową analizę wyników badań. Wynikiem symulacji komputerowej będą wykresy zmiennych, kontury, wektory, trajektorie ruchu cząstek oraz wartości liczby cząstek, ciśnień, prędkości. W badaniu eksperymentalnym określono liczbę cząstek po obróbce powietrzem, utratę ciśnienia w układzie, zużycie energii do wytworzenia oscylacji. Wszystkie te parametry będą informacjami pierwotnymi. Będą one rejestrowane przez

Planowane jest wykorzystanie analizy regresji do przetwarzania danych eksperymentalnych i ustalenia zależności między ich wartościami.

Dane kontaktowe:

Jednostka realizująca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

Adres: Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa

e-mail kierownika projektu: vladyslav.shybetskyi@piap.lukasiewicz.gov.pl

Badania realizowane w ramach projektu nr 2022/45/P/ST8/03621 współfinansowanego ze środków Narodowego Centrum Nauki oraz programu ramowego Unii Europejskiej w zakresie badań naukowych i innowacji Horyzont 2020 na podstawie umowy nr 945339 w ramach działań „Marie Skłodowska-Curie”