témavezető: Hegedűs Ferenc
helyszín (magyar oldal): Hidrodinamikai rendszerek Tanszék, D ép. 331. helyszín rövidítés: HDR
A kutatási téma leírása:
a.) Előzmények: A témavezető 2018 óta aktívan foglalkozik a témával nemzetköz együttműködés keretén belül (Dr. Robert Mettin és Prof. Werner Lauterborn, Georg-August-University, Third Institute of Physics; és Prof. Ulrich Parlitz, Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization; Göttingen, Németország). A témában született eredményekből számos rangos folyóiratban megjelent publikáció született, lásd Irodalom alpontot.
b.) A kutatás célja: Nemlineáris rendszerek jól ismert tulajdonsága a multistabilitás, ahol adott paraméter értékek mellett a rendszernek több együtt létező stabil megoldása is lehet. Ebben az esetben, a rendszer hosszú távú viselkedése a kezdeti feltételektől függ. Mivel a különböző stabil megoldásokban a rendszer „teljesítménye” nagyon eltérő lehet, így a multistabilitás szabályozása sok esetben elengedhetetlen feladat. Az elmélet alapjai szonokémiai alkalmazásokra már ki van dolgozva. A szonokémia alapja, hogy nagy intenzitású és frekvenciájú ultrahanggal besugárzott folyadékban jó közelítéssel mikron méretű, 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. A buborék összeroppanása során a belső hőmérséklet elérheti a több ezer Kelvin fokot is ezzel kémiai reakciókat indukálva. Innen ered a szonokémia elnevezés. Tehát egy buborék mikron méretű szonokémiai reaktornak is felfogható. Már egyetlen buborék viselkedése is erősen nemlineáris és bizonyos paramétertartományokban több stabil megoldása (oszcillációja) is létezik. A különböző stabil megoldások kémiai kihozatala erősen változhat, sőt a buborék akár kémiailag inaktív is lehet. Így fontos volt egy olyan módszer kidolgozása, ami ezt az esetlegesen nem kívánt helyzetet kezelni tudja. Egy hatékony megoldást már sikerült találni, amivel a rendszert egyik stabil megoldásból a másikba tudjuk vezérelni átmeneti két frekvenciás gerjesztéssel. A kutatás fő célja, hogy a módszert általánosítsuk más nemlineáris rendszerekre, így nem csak a szonokémiai alkalmazások profitálhatnak az új megközelítésből. További cél, hogy a módszert kiterjesszük kapcsolt rendszerekre, így buborékfelhőkre is. Csatolt rendszerek esetében kihívást jelenthet az úgy nevezett „attractor crowding” jelensége, amikor akár végtelen számú együtt létező megoldásunk is lehet egyszerre.
c.) Az elvégzendő feladatok, azok fő elemei, időigénye: Első év: szakirodalom áttekintése és a vizsgálandó modellek kiválasztása felépítése és megismerése. C++ és CUDA C szoftveres környezetben a megkívánt programozási technikák elsajátítása. Második és harmadik év: részletes paramétertanulmányok elkészítése és multistabilitás szabályozási technikák kidolgozása, a kapott eredmények folyamatos publikálása. Negyedik év: fennmaradó eredmények publikálása és a disszertáció megírása.
d.) A szükséges berendezések: A paraméterek nagy száma miatt a vizsgálandó paraméterkombinációk száma jelentős. Ezért a nagy teljesítményű számítástechnikai alkalmazása elengedhetetlen. Ezt videokártyák programozásával szeretnénk elérni. A tanszéknek már jelenleg is tulajdonában van 2 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 4 videokártya megfelel.
e.) Várható tudományos eredmények: Olyan visszacsatolás nélküli módszer kidolgozása, amely segítségével a multistabilitás úgy szabályozható, hogy az elérni kívánt stabil megoldás előre kiválasztható. Ez eddig visszacsatolás mentes szabályozás esetében nem volt lehetséges.
f.) Irodalom: A témához kapcsolódó eddig megjelent publikációk:
Hegedűs, F., Krähling, P., Lauterborn, W., Mettin, R., Parlitz, U. (2020): High-performance GPU computations in nonlinear dynamics: an efficient tool for new discoveries. Meccanica, published online. IF: 2.183.
Hegedűs, F., Krähling, P., Aron, M., Lauterborn, W., Mettin, R., Parlitz, U. (2020): Feedforward attractor targeting for non-linear oscillators using a dual-frequency driving technique. Chaos, 30, pp. 073123. IF: 2.832.
Hegedűs, F., Lauterborn, W., Parlitz, U., Mettin, R. (2018): Non-feedback technique to directly control multistability in nonlinear oscillators by dual-frequency driving. Nonlinear Dynamics, 94, pp. 273–293. IF: 4.604.
Bejelentkezés
