Thesis supervisor: Ferenc Hegedűs
Location of studies (in Hungarian): BME Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék, D ép. 331. Abbreviation of location of studies: HDR
Description of the research topic:
a.) Előzmények: A témavezető 2013-ban megvédett doktori disszertációjának ez volt fő témája. A kutatás ezen a területen továbbra is aktívan folyik a témavezető 2 doktoranduszával közösen. Tehát a leendő doktorandusz egy jól együttműködő csapat munkájába fog becsatlakozni.
b.) A kutatás célja: Nagy intenzitású és frekvenciájú ultrahanggal besugárzott folyadékban jó közelítéssel gömbszimmetrikus buborékok keletkeznek buborékfelhők formájában. Ezek a buborékok radiális pulzálásuk során összeroppannak (nagy sebességű kontrakció), aminek hatására extrém körülmények keletkezhetnek úgy, mint nagy nyomás, magas hőmérséklet vagy akár lökéshullám. Léteznek olyan speciális ultrahangos technológiák, ahol a buborék összeroppanása során keletkező roncsoló hatást hasznosítják. Ezeket az ipar számos területén alkalmazzák, például élelmiszerek tartósítására; új típusú polimerek előállítására; kisméretű kémiai reaktorként való használatra (ez az úgy nevezett szonokémia) vagy akár orvosi alkalmazásokban a rák kezelésére. Habár az alkalmazási területek száma igen nagy, a jelenlegi kutatás speciálisan a szonokémiára fókuszál. Egy ilyen rendszer paramétereinek a száma igen nagy, főleg ha a hagyományos egyfrekvenciás gerjesztés helyett több frekvenciával való gerjesztést használunk. Ez a fő oka annak, hogy a szakirodalom sokszor ellentmondásos eredményeket közöl az egyes paraméterek hatására vonatkozóan. Ezért igen elterjedtek még a mai napig is az egyszerű modelleken (másodrendű közönséges differenciálegyenlet) használata. Ezt a kutatási irányt követte eddig a tanszéki kutatócsoport is. Az elmúlt egy évben azonban nagy erőfeszítéseket tettünk, hogy a használt numerikus kód ki tudja használni a professzionális videokártyák nagy számítási teljesítményét. A nagy számítási teljesítmény és a használt modell egyszerűsége következtében az irodalomnál sokkal részletesebb paraméter lekövetést tudtunk/tudunk elvégezni (1-2 hét alatt 100 milliós nagyságrendű paraméter vizsgálata). A jelenleg beadandó téma fő célja, hogy kilépjünk az egyszerű modellezés kereteiből és figyelembe vegyük a hővezetést mind a folyadéktérben, mind a buborék belsejében; a gázkomponensek és gőz közötti transzportfolyamatokat a buborék belsejében; továbbá a létrejövő kémiai reakciókat (egyelőre csak egy egyszerűsített modellezésen keresztül). Ez az összetettebb modell már parciális differenciálegyenleteket is tartalmaz így numerikus oldalról nagyságrendekkel nehezebb problémáról van szó. De ez fontos az eddig elért eredmények támogatásához és kiegészítéséhez. Természetesen a feladat összetettsége következtében a vizsgált paramétertartomány várhatóan szűkebb lesz.
c.) Az elvégzendő feladatok, azok fő elemei, időigénye: Első év: szakirodalom áttekintése és a szükséges buborékmodellek felépítése/megismerése. C++ és CUDA C szoftveres környezetben a megkívánt programozási technikák elsajátítása. Második és harmadik év: részletes paramétertanulmányok elkészítése és összevetése a meglévő és majdani, az egyszerűsített modellen kapott eredményekkel és ezek folyamatos publikálása. Negyedik év: fennmaradó eredmények publikálása és a disszertáció megírása.
d.) A szükséges berendezések: A tanszéknek már jelenleg is tulajdonában van 1 db NVIDIA GeForce Titan Black típusú videokártya. A nemzetközi kapcsolatok révén rendelkezésre áll további 2 db professzionális NVIDIA Tesla K20m videokártya. A jelenlegi céloknak ez a 3 videokártya megfelel.
e.) Várható tudományos eredmények: A buborékok fizikájának jobb megismerése, ami segít feloldani a szakirodalomban jelenleg meglévő ellentmondást a szonokémia optimális üzemeltetése terén.
f.) Irodalom: Eddig a témában megjelent 13 folyóiratcikk, amiből 11 impakt faktoros; és 21 konferenciacikk. További 4 impakt faktoros cikk már be van adva vagy írás alatt van (várhatóan még idén be lesznek adva). A kapcsolódó fontosabb publikációk:
Klapcsik, K., Hegedűs, F. (2017): The effect of high viscosity on the evolution of the bifurcation set of a periodically excited gas bubble. Chaos, Solitons & Fractals, 104, pp. 198—208. IF: 1.455.
Varga, R., Hegedűs, F. (2016): Classification of the bifurcation structure of a periodically driven gas bubble. Nonlinear Dynamics, 86(2), pp. 1239—1248. IF: 3.464.
Hegedűs, F. (2016): Topological analysis of the periodic structures in a harmonically driven bubble oscillator near Blake's critical threshold: Infinite sequence of two-sided Farey ordering trees. Physics Letters A, 380(9-10), pp. 1012—1022. IF: 1.772.
Required language skills: magyar Number of students who can be accepted: 1
Deadline for application: 2018-05-09
2024. IV. 17. ODT ülés Az ODT következő ülésére 2024. június 14-én, pénteken 10.00 órakor kerül sor a Semmelweis Egyetem Szenátusi termében (Bp. Üllői út 26. I. emelet).
Login
