Badania wymiany ciepła przy wrzeniu w przepływie przez pierścieniowe i prostokątne minikanały z wykorzystaniem modelowania opartego na uczeniu maszynowym
Projekt „Badania wymiany ciepła przy wrzeniu w przepływie przez pierścieniowe i prostokątne minikanały z wykorzystaniem modelowania opartego na uczeniu maszynowym” dotyczy intensyfikacji i przewidywania wymiany ciepła w układach o ograniczonej geometrii (minikanały pierścieniowe i prostokątne) w warunkach konwekcji jednofazowej oraz wrzenia przepływowego. Kluczowym wyróżnikiem projektu jest połączenie badań eksperymentalnych z nowoczesnym modelowaniem: symulacjami CFD (m.in. Simcenter STAR-CCM+), metodami analityczno-numerycznymi (metody odwrotne oparte na funkcjach Trefftza) oraz uczeniem maszynowym do automatycznego wyprowadzania korelacji (np. dla liczby Nusselta i współczynnika przejmowania ciepła). Badania obejmą różne płyny robocze (m.in. woda, ciecze dielektryczne i wybrane czynniki chłodnicze) oraz powierzchnie o kontrolowanej zwilżalności (hydrofilowe, hydrofobowe i hybrydowe, także powierzchnie modyfikowane). Wynikiem będą zweryfikowane modele i uogólnione zależności, oparte m.in. o liczby bezwymiarowe, baza danych oraz narzędzia obliczeniowe wspierające projektowanie kompaktowych wymienników ciepła.
Projekt realizuje interdyscyplinarny zespół z Politechniki Świętokrzyskiej (trzy wydziały), we współpracy z Politechniką Warszawską – Filią w Płocku oraz partnerami zagranicznymi z Kowna (KTU) i Litewskiego Instytutu Energii.
Politechnika Świętokrzyska w Kielcach
WMiBM
- dr hab. inż. Magdalena Piasecka – kierownik projektu
- Dr inż. Michał Kekez – wykonawca projektu
- Mgr inż. Norbert Dadas – wykonawca projektu
- Mgr inż. Krzysztof Galiszewski – wykonawca projektu (Doktorant SD)
WZiMK
- Dr hab. Beata Maciejewska, prof. PŚk – wykonawca projektu
- Dr hab. Sylwia Hożejowska, prof. PŚk – wykonawca projektu
- Dr inż. Paweł Łabędzki – wykonawca projektu
- Dr Anna Pawińska – wykonawca projektu
WiŚGE
- Dr inż. Artur Piasecki – wykonawca projektu
- Dr inż. Sylwia Wciślik – wykonawca projektu
Politechnika Warszawska, Filia w Płocku, Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii w Płocku
- Dr inż. Mirosław Grabowski – wykonawca projektu
https://repo.pw.edu.pl/info/author/WUT60357/Profil+osoby+%E2%80%93+Miros%C5%82aw+Grabowski+%E2%80%93+Politechnika+Warszawska
Wykonawca zewnętrzny: inż. Wojciech Maciejewski
Partnerzy zagraniczni
Lithuanian Energy Institute (LEI)
- Dr Raminta Skvorčinskienė https://www.lei.lt/en/person/raminta-skvorcinskiene/
Kaunas University of Technology (KTU)
- Dr Monika Maziukienė https://en.ktu.edu/scientist/monika.maziukiene/
Doktorant lub student – wakat
Opis popularno-naukowy projektu
Współczesne urządzenia elektroniczne, systemy energetyczne czy technologie kosmiczne wymagają coraz bardziej wydajnego chłodzenia przy jednoczesnym ograniczeniu rozmiarów i masy wymienników ciepła. W odpowiedzi na te potrzeby naukowcy na całym świecie badają tzw. minikanały – mikroskopijne kanały o średnicy mniejszej niż 2 – 3 mm, przez które przepływa płyn odprowadzający ciepło.
Celem niniejszego projektu jest zbadanie, jak zachowuje się ciecz ogrzewana wzdłuż przepływu od ścianki, wewnątrz dwóch typów takich kanałów: pierścieniowych
(utworzonych między dwiema współosiowymi rurkami) oraz prostokątnych (np. wyfrezowanych w metalowej płytce). Choć różnica ta wydaje się niewielka, ma ogromny
wpływ na skuteczność chłodzenia, stabilność przepływu i powstawanie wrzenia — zjawiska, które mogą zarówno intensyfikować wymianę ciepła, jak i destabilizować pracę systemu.
Zespół badawczy zaprojektuje nowoczesne stanowisko eksperymentalne, umożliwiające precyzyjny pomiar temperatury, ciśnienia i przepływu cieczy oraz rejestrację obrazu wrzenia z dużą liczbą klatek na sekundę. Badane będą różne ciecze – od wody destylowanej po nowoczesne czynniki chłodnicze – oraz powierzchnie o różnych
właściwościach zwilżalności: hydrofilowe (przyciągające ciecz) i hydrofobowe (odpychające ciecz). Najbardziej innowacyjnym elementem projektu będzie zastosowanie sztucznej inteligencji (AI) do opracowania równań opisujących procesy wymiany ciepła i wrzenia. Zamiast ręcznego dopasowywania modeli matematycznych, algorytmy AI „nauczą się” z danych pomiarowych, jak intensywność wymiany ciepła zależy od rodzaju cieczy, geometrii kanału, jego rozmiaru czy rodzaju powierzchni. Wyniki zostaną udostępnione jako darmowe narzędzia dla inżynierów i naukowców.
Projekt łączy wiedzę z zakresu mechaniki płynów, inżynierii cieplnej i nowoczesnych metod informatycznych. Efekty badań znajdą zastosowanie m.in. w chłodzeniu
procesorów, układów samochodów elektrycznych, systemów satelitarnych czy mikroreaktorów chemicznych. Dzięki temu możliwe będzie projektowanie wydajniejszych, bezpieczniejszych i bardziej ekologicznych systemów wymiany ciepła.
Publikacje powstałe w ramach projektu:
- Piasecka M., Kekez M., Maciejewska B., Preliminary framework for physics-informed AI application to heat transfer in minichannel heat exchangers, 2026. The European Physical Journal Web of Conferences, w druku.
- Piasecka M., Galiszewski K., Maciejewska B., Łabędzki P., Numerical modelling of heat transfer during fluid flow in a mini annular channel using Simcenter STAR-CCM, 2025. The European Physical Journal Web of Conferences, w druku.
