Thesis supervisor: Balázs Havasi-Tóth
Location of studies (in Hungarian): BME Áramlástan Tanszék Abbreviation of location of studies: ÁT
Description of the research topic:
a.) Előzmények
Műszaki és geológiai és folyamatokban gyakran találkozunk áramlásba helyezett különböző méretű és tömegű üledékes részecskék, kavicsok áramlás által gerjesztett transzportjával, ütközésével és alakfejlődési jelenségeivel. Geológiai anyagtranszportok során a részecskék egymással történő ütközése, kopása és fragmentációja révén kialakuló alakzatai hasznos információkkal szolgálnak azok hosszú előéletéről, ezzel segítve a földrajzi helyszíneken uralkozó múltbéli viszonyok megismerését. Az üledékes részecskék alakfejlődése, vagy más néven morfológiája igen régóta vizsgált jelenség, mely azonban nagyfokú komplexitásának köszönhetően a mai napig lezáratlan, aktívan kutatott terület.
b.) A kutatás célja
Az üledékes részecskék kollektív alakfejlődésére, valamint a természetben megfigyelhető domináns alakjellemzők kialakulására nem létezik széles körben elfogadott magyarázat. A jelenleg ismert alakfejlődési modellek a folyamat számos különböző aspektusát geometriai és szilárdtest-mechanikai problémára vezetik vissza, a transzportfolyamatot hajtó áramlás, illetve a víz jelenlétének hatása igen kevéssé ismert. Célunk a már ismertebb, száraz koptatási kísérletek és alakfejlődési modellek kiterjesztése az áramlásmező és a folyékony közeg jelenlétének figyelembevételével.
c.) Az elvégzendő feladatok, azok fő elemei, időigénye
Az alábbi bontásban felsoroltak részben párhuzamosan is végezhetők:
1. Geológiai és műszaki folyamatokban megfigyelhető alakfejlődéssel, laboratóriumi kísérletekkel, terepi mintavételezések eredményeivel és matematikai modellekkel kapcsolatos irodalomkutatás (1 év).
2. Szilárd testek folyékony közegben történő ütközési eseteinek kísérleti, esetleg numerikus vizsgálata, modellalkotás és modellfejlesztés (0.5 év).
3. A kísérleti úton nehezen vizsgálható, áramlásba helyezett azonos, vagy eltérő méretű üledékes részecskék ütközési statisztikájának numerikus vizsgálata (0.5 év).
4. Koptatási kísérletek elvégzése, az alakfejlődés nyomonkövetése, numerikus és analitikus modellek által prognosztizált evolúciókkal történő összevetése (0.5 év).
5. Publikációk írása (1 év).
6. Az eredmények összegzése, doktori értekezés megírása (0.5 év).
d.) A szükséges berendezések
A numerikus modellek vizsgálatára alkalmas számítógép, valamint a HUN-REN-BME Morfodinamika kutatócsoport által biztosított száraz és vizes koptatásra alkalmas berendezések, az alakfejlődés mérését segítő 3D scannerek. A kapcsolt numerikus modellek felépítésére alkalmas nyílt forráskódú szoftver rendelkezésre áll.
e.) Várható tudományos eredmények
Áramlás által mozgatott, egymással ütköző részecskék alakfejlődésének mélyebb megértése, a víz jelenlétének, valamint a víz áramlásának az alakfejlődésre gyakorolt hatásának megismerése. A kutatás során megszerzett folyadék- és szilárdtestmechanikai ismeretek a műszaki területeken előforduló szilárd testekkel terhelt áramlástechnikai folyamatokban, mint például szemcsés anyagok áramlása, illetőleg abrazív tisztítás folyamatainak vizsgálatában egyaránt hasznosulhatnak.
f.) Irodalom
[1] Havasi-Tóth, B. (2020). Nauticle: A general-purpose particle-based simulation tool. Computer Physics Communications, 246, 106855.
[2] Havasi-Tóth, B. (2020). Particle coalescing with angular momentum conservation in SPH simulations. Computers & Fluids, 197, 104384.
[3] Fehér, E., Havasi-Tóth, B., & Ludmány, B. (2023). Fully spherical 3D datasets on sedimentary particles: Fast measurement and evaluation. Central European Geology, 65(2), 111-121.
[4] Balázs Havasi-Tóth, Eszter Fehér. Resolving the evolution of natural fragment shapes. (Bírálat alatt. Folyóirat: Rock Mechanics and Rock Engineering (2023 október))
[5] Balázs Havasi-Tóth. Can repeller dynamics explain dominant pebble axis ratios? (Bírálat alatt. Folyóirat: Rock Mechanics and Rock Engineering (2023 december))
Login
