Prof.dr hab.inż. Andrzej Teodorczyk Warszawa, 25 września 2017 Politechnika Warszawska
Wydział Mechniczny Energetyki i Lotnictwa ul. Nowowiejska 25, 00-665 Warszawa tel. 660-5226; fax. 8250-565
e-mail: ateod@itc.pw.edu.pl
RECENZJA
rozprawy doktorskiej mgr inż. Wojciecha Bueschke
pt. „Experimental identification of an engine lean-burn gas-air combustion system with turbulent jet ignition”
opracowana na zlecenie Dziekana Wydziału Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej
Recenzowana praca jest napisana w języku angielskim, ma objętość 141 stron i zawiera 13 rozdziałów oraz literaturę (136 pozycji), 67 rysunków i 4 załączniki.
1. Wybór tematu rozprawy i jej zakres
Temat rozprawy wybrano bardzo dobrze. Autor zajął się interesującym i aktualnym problemem wykorzystania iskrowo-strumieniowego systemu zapłonowego w silnikach gazowych zasilanych paliwem gazowym.
Celem naukowym pracy było zbadanie możliwości zwiększenia zakresu zapalności ubogich mieszanek gazowo-powietrznych w silnikach tłokowych. Wybór obszaru badawczego i tematu rozprawy uważam za trafny i w pełni uzasadniony oraz innowacyjny dla nauki i techniki w Polsce.
W obszernym i interesującym przeglądzie literaturowym autor opisał zarówno konwencjonalny układ zapłonowy, jak i niekonwencjonalne silnikowe metody zapłonu, takie jak plazmowy, koronowy, laserowy i szczególnie iskrowo-strumieniowy, który był przedmiotem pracy.
System iskrowy i iskrowo-strumieniowy zostały szczegółowo przebadane doświadczalnie na modelowych stanowiskach badawczych, komorze stałej objętości i maszynie pojedynczego sprężu z jednoczesnym użyciem optycznych metod badawczych oraz indykatorowych pomiarów wielkości szybkozmiennych. System iskrowo-strumieniowy został też zastosowany i przebadany w jednocylindrowym silniku badawczym.
W badaniach modelowych iskrowego systemu zapłonowego wyznaczono granicę zapalności ubogich mieszanek gazowych, a rozprzestrzenianie się strugi gazu ziemnego zobrazowano przy użyciu techniki smugowej i szybkiej kamery cyfrowej. Oceniono wpływ ciśnienia wtrysku i przeciwciśnienia na rozwój strugi paliwa. Wyznaczono warunki ruchu ładunku wewnątrz komory i w pobliżu iskry zapłonowej.
Badania iskrowo-strumieniowego układu zapłonowego przeprowadzono przy różnych wartościach wyprzedzenia zapłonu i strategiach wtrysku paliwa. Wyznaczono granicę zapalności mieszanek ubogich.
Badany system zapłonowy zastosowano na koniec w jednocylindrowym silniku badawczym dla mieszanek ubogich. Wykazano stabilną pracę silnika uzyskując niższe wartości ciśnienia w cylindrze i mniejsze szybkości wywiązywania ciepła oraz spadek stężenia NOx i niespalonych węglowodorów w spalinach.
Rozprawa zakończona jest syntetycznym podsumowaniem zawierającym wnioski końcowe oraz propozycje dalszych badań.
Struktura rozprawy jest prawidłowa z logicznym podziałem na rozdziały i treści.
2. Elementy nowości, oryginalność
Nowością naukową rozprawy jest zbadanie warunków stabilnego spalania ubogiej mieszaniny gazu ziemnego z powietrzem przy wykorzystaniu strumieniowego zapłonu iskrowego. Celem badań doświadczalnych było określenie parametrów kontrolujących stabilny przebieg procesu. Duża innowacyjność pracy i jej potencjał aplikacyjny polegają na możliwości wykorzystania tego systemu spalania w przemysłowego silnikach gazowych.
Na podstawie wiedzy literaturowej i wstępnych badań własnych doktorant postawił tezę badawczą, że możliwe jest rozszerzenie granic zapłonu ubogich mieszanin gazowo-powietrznych przy użyciu systemu strumieniowego zapłonu iskrowego.
Tak sformułowana teza nie jest nowością naukową, strumieniowy zapłon iskrowy był przedmiotem badań wielu autorów wcześniej. Sam autor na koniec przeglądu literatury stwierdza, że zapłon strumieniowy może być uważany za obiecującą metodę zapłonu mieszanin ubogich. Niektóre z wcześniejszych prac autor wymienił w przeglądzie literatury, ale wiele znaczących pominął, w tym szczególnie rażące jest pominięcie autorów polskich. Autor odwołał się do jednej tylko publikacji Oppenheima i jednej Wolańskiego, pomijając pozostałe. Przy publikowaniu wyników rozprawy recenzent zaleca poprawę tego niedociągnięcia (wykaz zalecanej do uzupełnienia literatury jest podany na końcu recenzji.
Stwierdzony powyżej brak oryginalności tezy badawczej nie zmienia faktu, że rozprawa zawiera zaawansowane oryginalne eksperymentalne badania modelowe i silnikowe potwierdzające tę tezę i pogłębiające wiedzę na temat warunków jej stosowalności.
Wykonane badania doświadczalne były bardzo pracochłonne i wymagały opanowania złożonych procedur pomiarowych i metod analizy i interpretacji wyników.
W wyniku przeprowadzonych badań doświadczalnych popartych analizą wyników pomiarów autor dokonał identyfikacji badanego systemu spalania mieszani ubogich.
Rozprawa zakończona jest obszernym podsumowaniem omawiającym zawartość, osiągnięcia pracy i szczegółowe wnioski końcowe.
Praca oprócz niewątpliwych aspektów poznawczych ma wymiar praktyczny, daje bowiem lepsze zrozumienie procesów spalania mieszanin ubogich inicjowanych strumieniowym zapłonem iskrowym.
3. Ocena metodologiczna pracy
Zamierzony przez autora cel rozprawy wymagał zaprojektowania eksperymentów i użycia złożonych stanowisk laboratoryjnych, przeprowadzenia badań doświadczalnych przy użyciu
zaawansowanych metod i narzędzi pomiarowych oraz przeanalizowania i opracowania wyników. Cel ten został w pełni osiągnięty i uzyskane wyniki doświadczalne stanowią wartościowy i oryginalny dorobek naukowy autora.
Praca dostarcza szeregu ważnych, oryginalnych informacji technicznych i interpretacji zjawisk, będących rezultatem solidnej i wytrwałej pracy naukowej. Autor zastosował odpowiednie metody badawcze i wydaje się, że wydobył wszystkie informacje zawarte w wynikach. Dyskusja wyników jest pogłębiona i poprawna. Tezy badawcze pracy zostały udowodnione.
Rozprawa napisana jest dobrym językiem angielskim, z poprawną terminologią naukowo- techniczną. Jest bardzo obfita merytorycznie, ale zarazem zwięzła i konkretna.
Oceniam pozytywnie postawienie problemu badawczego, metodologię przeprowadzonych badań oraz analizę i interpretację ich wyników. Rozprawa oprócz walorów naukowych ma wartość praktyczną.
4. Uwagi krytyczne
1. Wizualizację zapłonu iskrowego wykonano tylko w warunkach laminarnych przy ciśnieniu atmosferycznym. Są to warunki wyidealizowane, dalekie od silnikowych. Porównanie zapłonu iskrowego i strumieniowego wykonano tylko w maszynie pojedynczego sprężu.
Szkoda, że nie zrobiono tego w silniku badawczym.
2. Temperaturę należy podawać wyłącznie w K. Inne jednostki nie są dozwolone.
3. Ciśnienie jest podawane w MPa (prawidłowo) i bar (nieprawidłowo) 4. Brak oceny błędów wielkości mierzonych
5. Przemienne używanie terminów: “air-fuel equivalence ratio”, “air equivalence ratio” i “air excess ratio” – który jest poprawny
6. Str.32, 5lg – “mean value of turbulence frequency” – jak określa się ten parametr?
7. Str.70 – rys.7.2 – linia łamana nie wygląda dobrze, można było wykorzystać więcej punktów; 6ld – jest „heat release”, powinno być „rate of heat release”
8. Str.70, 6ld – „intensification of heat release” – maksimum jest wcześniej, ale czy to jest intensywniej, czy to zmierzono?
9. Przemienne używanie terminów: „flame luminescence” i „flame luminance” – który jest poprawny
10. Str.80 – bardzo słabo czytelny rysunek – może inna skala kolorów by pomogła; brak skali kolorów i określenia parametru (ciśnienie, stężenie?)
11. Str.84, rys.8.5 – brak skali kolorów utrudnia odczyt; to samo str.87, 89, 91, 92 i 93
12. Str.113 – „Within this research, increase in thermal efficiency for the increase in air fuel equivalence ratio has been discovered” – gdzie są na to dowody?
13. Str.140 – praca dotyczy mieszanek ubogich – po co są te dane?
Usterki edytorskie i językowe:
Nagminne ignorowanie odstępów między wyrazami. Błędy te są niemal na każdej stronie pracy. Jest to tym bardziej niezrozumiałe, że w komputerowym edytorze tekstu jest możliwość ustawienia automatycznego sprawdzania pisowni.
Przecinki dziesiętne – w tekście angielskim używa się kropki (np. str.15, 70)
19 pustych kartek w pracy
Podawanie inicjałów imion autorów cytowanych publikacji, np. Oppenheim A.K.[51]
Brak wyrażenia et al. przy cytowaniu publikacji wieloautorskich, np. str.31
„schlieren” jest pisane raz z dużej, raz z małej litery
Niepoprawne wyrażenie at all, str.50
Niepoprawne wyrażenie at al, str.52
Str.6 – brak jednostki dla indicated work
Str.15 – jest „one can concluded”, zamiast „one can conclude”
Str.31 – jest [50, 51], zamiast [54, 55]
Str.34, 1lg – „higher velocity of ignition the mixture” – powinno być “higher rate of mixture ignition”
Str.38 – słowo “adequately” powinno być zastąpione “respectively”, na końcu zdania po przecinku
Str.39 – „velocities of mixture formation” – powinno być „rates of mixture formation”
Str.47, dwie wielkości v I v’ – brak opisu
Str.52, retrospectively, zamiast respectively, to samo str.68
Str.60 – w tekście Table 6-1, a tabela ma nr 6-2
Str.66, 6ld – jest “injection the ignition”, zamiast „injection and the ignition”
Str.66 – Tabela 6-3 już była na str.64
Str.67 – dwie wielkości: x i x z daszkiem
Str.74, 3lg – „pressure with has been noted” - ???
Str.75, 1lg – heat release depending from ignition time – gram.
Str.77. 7ld – jest “have”, zamiast “has”
Str.81, 1ld – jest “1.6 ms”, zamiast “The 1.6 ms”; podobnie str.90, 103 I 116
Str.96, 15lg – jest „resulting”, zamiast „result”
Str.105, 10 ld – jest „Figure 10”, zamiast „Figure 10.11”
Str. 117 – nowy rozdział 13 od nowej strony
Wymienione usterki merytoryczne i edytorskie mają drugorzędny charakter i minimalnie wpływają na bardzo pozytywną ocenę rozprawy doktorskiej.
Podsumowując stwierdzam, że autor przeanalizował ważny i oryginalny problem naukowy, przeprowadził własne oryginalne badania doświadczalne przy użyciu zaawansowanych technik pomiarowych oraz sformułował wnioski wynikające z tych badań.
Doktorant wykazał opanowanie warsztatu naukowego i umiejętność prowadzenia samodzielnych doświadczalnych badań naukowych, analizy wyników i wnioskowania. Doktorant posiadł umiejętność pisania rozprawy naukowej z jasno sformułowanym tytułem, celem, tezami i zakresem pracy oraz zwięzłym, przejrzystym i precyzyjnym opisem metodologii badań i wyników.
Uważam, że rozprawa całkowicie spełnia wymagania stawiane przez obowiązującą Ustawę o stopniach i tytułach naukowych i stawiam wniosek o dopuszczenie jej do publicznej obrony.
Literaturra:
1. Gussak L.A.: High Chemical Activity of Incomplete Combustion Products and Method of Prechamber Torch Ignition for Avalanche Activation of Combustion in Internal Combustion Engines, SAE
Transactions, vol.84, 1976, pp.2421-2445
2. Maxson J.A., Oppenheim A.K.: Pulsed Jet Combustion – Key to a Refinement of the Stratified Charge Concept, Twenty Third Symposium (International) on Combustion, 1990, pp.1041-1046
3. Maxson J.A., Hensinger D.M., Hom K., Oppenheim A.K.: Performance of Multiple Stream Pulsed Jet Combustion System, SAE Paper 910565, 1991
4. Abdel-Maged S.I., Leżański T., Rychter T.J., Teodorczyk A., Wolański P.: Combustion Jet Ignition of a Turbulent Charge – a Constant Volume Bomb Study, Archivum Combustionis, Vol.11, No.3-4, 1991, pp.241-250
5. Abdel-Maged S.I., Leżański T., Wolański P.: Performance of a Pulsed Jet Combustion System in a Swirl and a Turbulent Field, Progress in Astronautics and Aeronautics, vol.152, 1991, pp.332-342
6. Gmurczyk G., Leżański T., Kesler M., Chomiak T., Rychter T.J., Wolański P.; Single Compression Machine Study of a Pulsed Jet Combustoion (PJC), Twenty-Fourth Symposium (Internaqtional) on Combustion, The Combustion Institute, 1992, pp.1441-1448
7. Leżański T., Kesler M., Rychter T.J., Teodorczyk A., Wolański P.: Performance of Pulsed Jet Combustion (PJC) System in a Research Engine, SAE Paper 932709, 1993
8. Wolański P.: Appliocation of Pulsed Jet Combustion to Internal Combustion Engines, in Dynamics of Exothermicity, Bowen J.R. Ed., Gordon and Breach Publ., 1966, pp.131-150
