Plánování experimentů a tvroba empirických modelů pro zkoušky a výzkum hořáků pro procesní průmysl

Design of experiments and empirical models for up to date burners design for process industries

článek ve sborníku ve WoS nebo Scopus

en

At present period the application of complex models based on computational fluid dynamics (CFD) increases. At the same time, the cost of full experiments with high number of factors grows rapidly. In some cases, however, experimental approach cannot be fully substituted by computational modeling, which applies also to tuning of design of new burners. Due to high cost of experiments therefore grows the importance of properly designed experiments and statistical data analysis. Statistical experimental design and analysis is an indispensable tool for experimenters and one of the core topics in a statistics curriculum. The present work deals with the design of experiment from its preparation, through experiment planning, that is followed by preliminary considerations about the model, implementation of the experiment and subsequent evaluation. Furthermore, we point out the problems of the performing of full experiment with high number of factors and outline the possibilities of creating the basis for fractional experiment. The experiment presented in this work is carried out at an up to date experimental facility for testing diffusion gas burners. The investigation focuses on the influence of design parameters on the formation of nitrogen oxides. Priority is however always given to the functionality of the burner (namely flame stability). This paper shows a convenient way how to set up the plan of expensive and time consuming experiments in testing industrial burners. Importance for industrial practice, equipment and consequently processes is demonstrated.

V současné době stále roste význam použití komplexních modelů založených na počítačovém modelování (CFD) při návrhu hořáků pro procesní průmysl, protože nárůst nákladů spojený s provedením velkého množství experimentů při návrhu nového hořáku se stává neúnosně nákladným, stejně jako plánování plných experimentů s vysokým počtem faktorů v této oblasti výzkumu. Jelikož nelze experimentální přístup zcela nahradit počítačovým modelováním, které je využíváno při optimalizaci návrhů konstrukcí nových hořáků a využívá i výsledků jednotlivých experimentů, dostává se stále více do popředí plánování experimentu. Z tohoto důvodu stále více roste význam správně naplánovaných experimentů a statistické analýzy. S tím pak úzce souvisí i tvorba empirických a semi-empirických modelů, které jsou velmi často nepostradatelným nástrojem pro analýzu experimentů. Prezentovaná práce se zabývá vlastním naplánováním a provedením experimentu s následnými úvahami o modelu. Úvahy jsou demonstrovány na reálně provedeném experimentu na moderní zkušebně hořáků, kde byl proveden rozsáhlý experiment za účelem popisu vlivu některých konstrukčních prvků hořáku na plynná paliva. Provedení plného experimentu nebylo možné z důvodu velkého počtu měření, tzn. vysokým finančním nákladům a časové náročnosti experimentu. Během experimentu jsou prováděny cílené změny jednotlivých parametrů a zároveň pozorovány z pohledu experimentátora objektivní a subjektivní změny na výstupu, především změny týkající se tvorby oxidů dusíku NOx a tvaru plamene. Avšak priorita je stále kladena na funkčnost hořáku, jmenovitě na stabilitu plamene a dosažené emise škodlivin, tzn. CO a NOx.

At present period the application of complex models based on computational fluid dynamics (CFD) increases. At the same time, the cost of full experiments with high number of factors grows rapidly. In some cases, however, experimental approach cannot be fully substituted by computational modeling, which applies also to tuning of design of new burners. Due to high cost of experiments therefore grows the importance of properly designed experiments and statistical data analysis. Statistical experimental design and analysis is an indispensable tool for experimenters and one of the core topics in a statistics curriculum. The present work deals with the design of experiment from its preparation, through experiment planning, that is followed by preliminary considerations about the model, implementation of the experiment and subsequent evaluation. Furthermore, we point out the problems of the performing of full experiment with high number of factors and outline the possibilities of creating the basis for fractional experiment. The experiment presented in this work is carried out at an up to date experimental facility for testing diffusion gas burners. The investigation focuses on the influence of design parameters on the formation of nitrogen oxides. Priority is however always given to the functionality of the burner (namely flame stability). This paper shows a convenient way how to set up the plan of expensive and time consuming experiments in testing industrial burners. Importance for industrial practice, equipment and consequently processes is demonstrated.

plánování experimentu, statistická analýza, empirický model, tvorba oxidů dusíku

design of experiments, statistical data analysis, empirical model, formation of nitrogen oxides

2007

16.09.2007

Copenhagen

978-87-91435-56-0

Book of abstracts: Volume 1

1

649–650

2