Xue-Song Bai räknar med turbulens

Xue-Song Bai simulerar förbränningsprocessor i datorn. (Foto: LTH)

Om förbränningen ska bli renare och effektivare — vilket den ju måste bli — måste förståelsen för vad som faktiskt sker därinne i motorn öka. Först då vet man exempelvis hur mycket, när och hur ofta ett bränsle ska sprutas in i förbränningskammaren. Sådant spelar stor roll för effektiviteten.
Eftersom motorförbränning sker i en sluten miljö behöver forskare ta till andra knep för att lyfta på förlåten. Datorsimuleringar är ett. Med hjälp av kunskaper i värmeöverföring, strömningslära, kemi och matematik kan Xue-Song Bai och hans kollegor räkna ut på vilket sätt bränslet reagerar med syret.

Resultaten kan läsas som färgsprakande bilder där de olika färgerna illustrerar olika kemiska ämnen, eller temperaturer, och dess placering vid ett visst ögonblick. Xue-Song Bai arbetar nära LTH-professorerna Marcus Aldén i förbränningsfysik och Bengt Johansson i förbränningsmotorer som studerar samma process med hjälp av laser. 

— Vi i vår grupp bygger vidare på deras resultat genom att förbättra skärpan på vissa detaljer som kan vara svåra att upptäcka i ett experiment.  Vi kan se fördelning och förändring i tid och rum. På så sätt kan vi utveckla, validera och förbättra modeller som kan användas i industrin, förklarar han och berömmer sina kollegor för bra samarbete och flera viktiga upptäckter.

För Xue-Song Bais del är dock dagens begränsade datorkraft en bromskloss. Att räkna ut hur en kubikmillimeters yta förändras under en millisekund tar flera dagar! Bara i ett sådant enkelt ämne såsom naturgas ingår 50 kemiska ämnen och 300 reaktioner. Till sin hjälp har han flera superdatorer, utplacerad på flera håll i Sverige. Snart kommer förhoppningsvis även förstärkning från EU och Kina.

— Bengt Johansson, professor i förbränningsmotorer, brukar skoja med mig om det här, "Kolven i min motor tar 20 millisekunder på sig att gå ett varv, hur lång tid tar det för dig att simulera ett varv?"

Men i framtiden, när datorkraften blir starkare, tror Xue-Song Bai ändå att datorsimuleringar kommer att ersätta vanliga experiment. De tar inte bara mindre tid och pengar i anspråk. Simuleringar förenklar också proceduren att testa och designa en motor innan de sätts i produktion.

Ett projekt som engagerar flera lundaforskare sedan några år är PPC-motorn med målet att kombinera det bästa från diesel- och bensin- /biobränslemotorn.
— Bensinmotorn är förhållandevis ren men har låg effektivitet. Dieselförbränningen är effektiv men släpper däremot ut mycket sot och kväveoxider.

Xue-Song Bai är född och uppvuxen i Kina. Intresset för ingenjörsforskning tog fart under gymnasieåren i slutet av 1970-talet.
— Efter kulturrevolutionen började man prata mycket om vikten av vetenskap. Det gjorde mig intresserad av att skaffa mig en universitetsutbildning. Men på den tiden var universiteten i Kina inte så framstående. Många sökte sig istället till Europa, Japan och USA.

Så gjorde även Xue-Song Bai. Efter några års studier i Kina hamnade han på Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm. Där disputerade han år 1994 under handledning av professor Laszlo Fuchs med inriktning mot modellering av turbulent förbränning. Senare samma år flyttade han till Lund.
Sedan dess har mycket hänt i hans gamla hemland. Utbildningssystemet har utvecklats och samarbetet mellan Kina och Sverige har ökat enormt.

— Jag tar gärna chansen till samarbete med Kina. Lunds forskarmiljö för förbränning och min unika bakgrund ger mig en stor möjlighet att bidra till utökat samarbete mellan Sverige och Kina, säger Xue-Song Bai.

Text: Kristina Lindgärde. Artikeln är också publicerad på Lunds Tekniska Högskolas webbplats.