Dwa projekty z PWr wśród zwycięskich wniosków I edycji programu Proof of Concept Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Kierują nimi naukowcy z Wydziału Mechaniczno-Energetycznego i Wydziału Podstawowych Problemów Techniki.

W ramach pierwszego w historii naboru wniosków w programie Proof of Concept Fundacja na rzecz Nauki Polskiej nagrodziła 28 spośród zgłoszonych 236 projektów. Laureaci otrzymali w sumie prawie 19 mln zł na realizację prac B+R w celu weryfikacji postawionej hipotezy badawczej oraz potencjału wdrożeniowego wyników badań. Środki pochodzą z Funduszu Europejskiego dla Nowoczesnej Gospodarki (FENG).

Wśród nagrodzonych projektów znalazły się dwa, których autorami są naukowcy Politechniki Wrocławskiej.

Dr hab. inż. Gabriela Statkiewicz-Barabach, prof. uczelni z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki otrzymała wsparcie w wysokości 662 tys. zł na „Światłowodowe rozłożone pomiary ciśnienia hydrostatycznego i temperatury”.

Natomiast dr. hab. inż. Januszowi Skrzypaczowi, prof. uczelni z Wydziału Mechaniczno-Energetycznego przyznano 621 tys. zł na „Innowacyjną koncepcję konstrukcji i modyfikacji wirników pomp wirowych wolnobieżnych o ponad przeciętnej sprawności i wysokości podnoszenia”.

Jednoczesne pomiary

Niewielkie rozmiary czujników światłowodowych, w porównaniu do ich elektrycznych odpowiedników, oraz właściwości dielektryczne szkła krzemionkowego, z którego włókna optyczne zazwyczaj są zrobione, pozwalają na ich użytkowanie w różnych warunkach. Są z powodzeniem stosowane od wielu lat – przy zachowaniu niskich kosztów instalacji i konserwacji.

– Jednak większość proponowanych na rynku czujników światłowodowych przeznaczona jest do pomiaru tylko jednego parametru – mówi prof. Gabriela Statkiewicz-Barabach z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki. – Natomiast jednoczesne pomiary dwóch różnych parametrów fizycznych, w tym ciśnienia i temperatury są kluczowe np. przy wykonywaniu odwiertów w przemyśle naftowym i gazowym, w monitorowaniu przepływów, czy też w geotechnice.

Dlatego w swoim projekcie „Światłowodowe rozłożone pomiary ciśnienia hydrostatycznego i temperatury” badaczka z W11 zweryfikuje potencjał wdrożeniowy jednoczesnego (w czasie rzeczywistym) monitorowania zmian ciśnienia hydrostatycznego oraz temperatury. 

– Zaproponowana koncepcja będzie opierała się na pomiarach amplitudy rozpraszania Rayleigha, co pozwoli na wykonywanie pomiarów na dużych odległościach (od kilku do kilkudziesięciu metrów), z bardzo dobrą rozdzielczością przestrzenną (rzędu mm). Jest ona nie osiągalna przy wykorzystaniu czujników światłowodowych opartych o siatki Bragga, które są obecnie dostępne komercyjnie – wyjaśnia prof. Statkiewicz-Barabach.

W pomiarach wykorzystany zostanie specjalny światłowód dwójłomny typu side-hole. Opracował go zespół badaczki z W11. Prof. Gabriela Statkiewicz-Barabach: –  Poprzez umieszczenie w nim elementów mikrostrukturalnych (otworów powietrznych) w pobliżu rdzenia oraz odpowiednią orientację rdzenia względem dziur (typ K), uzyskaliśmy bardzo dużą różnicę odpowiedzi na ciśnienie hydrostatyczne dla dwóch ortogonalnych modów polaryzacyjnych oraz dodatni znak czułości polarymetrycznej.

Prof. Gabriela Statkiewicz-Barabach pracuje w Katedrze Optyki i Fotoniki Wydziału Podstawowych Problemów Techniki. Zajmuje się technologiami strukturyzowania światłowodów oraz badaniami eksperymentalnymi związanymi z właściwościami transmisyjnymi i metrologicznymi włókien optycznych.

Przyszłościowe rozwiązanie

Drugi z nagrodzonych projektów z PWr dotyczy wirników pomp wirowych. Są to maszyny tak powszechne, że zużywają 10-15% energii wyprodukowanej w gospodarce narodowej. – Dlatego podwyższenie sprawności procesu pompowania już zaledwie o 1% będzie miało olbrzymi wpływ na oszczędności energii w całym systemie energetycznym, a tym samym na emisję CO₂ – mówi prof. Janusz Skrzypacz z Wydziału Mechaniczno-Energetycznego.

Biorąc pod uwagę tylko elektrownie cieplne w Polsce można zauważyć, że zużycie energii elektrycznej na potrzeby własne, związane z pracą pomp, wynosi około 6,2%. Przekłada się to na wartość zużytej energii wynoszącej około 8,1 TWh, co odpowiada emisji CO₂ na poziomie 5,3 Tg. Oszczędność w pracy pomp obiegu elektrowni zawodowej pozwala na znaczne ograniczenie śladu węglowego oraz wysokie korzyści ekonomiczno-środowiskowe.

Projekt „Innowacyjna koncepcja konstrukcji i modyfikacji wirników pomp wirowych wolnobieżnych o ponad przeciętnej sprawności i wysokości podnoszenia” bazuje na pomyśle wykonania na powierzchniach tarczy przedniej i tylnej płytkich wgłębień. – Mają one na celu kształtowanie pola prędkości cieczy w okolicach warstwy przyściennej w taki sposób, aby zmniejszyć naprężenia styczne, a tym samym opory hydrauliczne związane z przepływem cieczy – tłumaczy naukowiec z W9.

Ponadto tak ukształtowana powierzchnia generuje dodatkową cyrkulację cieczy w przestrzeniach pomiędzy wirnikiem korpusem, co powoduje wzrost wysokości podnoszenia pompy. – Innymi słowy pomysł wykorzystuje zjawiska, występujące w piłeczce golfowej – objaśnia prof. Janusz Skrzypacz.

Wstępne prace badawcze poświęcone sprawdzeniu koncepcji potwierdziły wysoki potencjał rozwiązania. Dużą zaletą koncepcji badacza z Wydziału Mechaniczno-Energetycznego jest fakt, że może ona zostać użyta do zarówno projektowania nowych wirników, jak i w pewnym zakresie do modyfikowania konstrukcji już istniejących.

– W ramach grantu zbadamy zjawiska przepływowe w takich wirnikach, ocenimy również wpływ cech geometrycznych wgłębień na parametry pracy pompy, a na podstawie otrzymanych wyników badań opracujemy wytyczne do projektowania takich wirników  – dodaje laureat z W9.

Prof. Janusz Skrzypacz pracuje w Katedrze Inżynierii Konwersji Energii na Wydziale Mechaniczno-Energetycznym. Jest autorem i współautorem ponad 140 różnych publikacji, głównie poświęconych konstrukcji i eksploatacji maszyn hydraulicznych, a także urządzeniom i rurociągom ciśnieniowym czy też obliczeniom MES i CFD.