témavezető: Egedy Attila
társ-témavezető: Ulbert Zsolt
helyszín (magyar oldal): Pannon Egyetem helyszín rövidítés: FMIT
A kutatási téma leírása:
A vegyipari és gyógyszeripari technológiákban számos szemcsetechnológiai művelet (aprítás, keverés, fluidizáció, pneumatikus szállítás stb.) fordul elő. Ezen műveletek nagy részében a szilárd fázis mellett az áramló gázfázis is jelentős szerepet játszik és a kialakuló gáz-szilárd kétfázisú áramlás minősége határozza meg az adott technológiai művelet lefolyását. A gáz-szilárd kétfázisú áramlásokat tartalmazó műveletek energiaigényesek, optimális végrehajtássukkal jelentős költségek takaríthatók meg. Az ilyen berendezésekben végzett fizikai mérések nehézkesek, mivel a mérő berendezés jelentősen befolyásolhatja a szemcsetömeg áramlási tulajdonságait. Ezért ilyen esetekben a számítógépes szimuláció jelentősen segítheti az áramlási folyamatok megismerését és megértését valamint hozzájárulhat a berendezésben lejátszódó folyamatok optimalizálásához és a megfelelő üzemeltetési paraméterek meghatározásához.
A gáz-szilárd kétfázisú áramló rendszerek matematikai modellezésében három fő kutatási irányzat figyelhető meg napjainkban. A TWO-FLUID elmélet a gáz és szilárd fázist folytonos fázisként kezeli. Ezen a területen a fő kutatási célok az egymásra ható két folytonos fázist leíró áramlási egyenletek hatékony numerikus megoldása, illetve a két folytonos fázis kölcsönhatását minél pontosabban leíró összefüggések fejlesztése. Ez a módszer nem igényel nagy számítási kapacitást azonban hátránya, hogy a részecskék különálló, részletes mozgását nem tudja visszaadni.
A direkt szimulációs eljárások a Computational Fluid Dynamics (CFD) eszközeit használják, úgy hogy a gáz-szilárd kétfázisú áramlásban a gázfázis áramlását a szokásos áramlástani egyenletekkel írják le, míg a rendszerben található szilárd részecskék a számított áramlási mező mozgó peremeit definiálják. A módszer részletes eredményt nyújt a kétfázisú áramlást tekintve, azonban a nagy számítási idő igénye valószínűleg még hosszú ideig nem teszi lehetővé ipari léptékű problémák megoldására.
Az áramló szemcsés anyaghalmazok egy újszerű és hatékony modellezését biztosítják az Euler-Lagrange típusú szimulációk. Ezekben a kutatásokban a gázfázist folytonos fázisként kezelik és az áramlási tulajdonságait a térfogatátlagolt áramlási egyenletekkel írják le, míg a szilárd fázist alkotó részecskéket a diszkrét elem (DEM) módszerrel írják le, amely a szilárd részecskéket egyedi elemként kezeli és minden részecske esetén meghatározza azok mozgását. Az alkalmazott módszer figyelembe veszi a szemcsék egymás közötti ütközéseit továbbá a berendezés belső falával és a berendezés egyéb belső elemeivel való ütközéseket is. A részecske ütközések modellezése ütközési modellekkel történik, amelyekkel kiszámítható, hogy az egymással ütköző részecskékre milyen erők hatnak. Az erők ismeretében a részecskék egyenes vonalú és forgó mozgása számítható. Amikor olyan szemcsehalmazok számítása történik, amelyekben a részecskék mozgását a levegő áram nagymértékben befolyásolja (pl. pneumatikus szállítás, gáz-szilárd fluidizáció) a részecskékre ható erők kiegészülnek a levegő által okozott tolóerővel illetve a közegellenállással.
A PhD kutatási téma célja a gáz-szilárd kétfázisú áramlások modellezése és szimulációja területén új tudományos eredmények elérése. A PhD kutatás fő feladatai:
• a témához kapcsolódó ismeretanyag elsajátítása és tapasztalatszerzés, a területhez tartozó nemzetközi publikációs tevékenység nyomon követése,
• a diszkrét elem módszer tekintetében a szabálytalan formájú, rugalmas részecskék ütközését detektáló algoritmusok és ütközési modellek fejlesztése, a gázfázis áramlását leíró áramlási modellek fejlesztése,
• az áramlási modellek hatékony megoldását lehetővé tevő numerikus algoritmusok, CFD eszközök alkalmazásának kidolgozása,
• a modellek és algoritmusok megoldására alkalmas párhozamosított számítógépes program létrehozása,
• a kidolgozott modellek, és a létrehozott szimulációk kísérleti validálásához szükséges mérőrendszer tervezése és létrehozása
• tudományos konferenciákon való részvétel és a tudományos eredmények publikálása nemzetközi tudományos folyóiratokban.
A témavezető kutatásokat folytat a vegyipari rendszerek numerikus áramlástani (CFD) szimulációja területén. A gáz-szilárd kétfázisú áramlások több területen is előfordulnak a vegyipari berendezések területén. Tipikusan ilyen berendezések az illóanyag mentesítő porsilók, ahol ellenáramban történik a szilárd anyag illóanyag mentesítése. A Folyamatmérnöki Tanszéken folynak kutatások laboratóriumi léptékű berendezés használatával. Az elmúlt években kifejlesztett módszerek (CFD szimulátorok, videó feldolgozásos validálás) segítségével hatékonyan vizsgálhatóak ezek a berendezések. A PhD hallgató feladata olyan modellek felépítése diszkrét elemes, valamint CFD modellek alkalmazásával, amelyek alkalmasak gáz-szilárd fázisú berendezések megfelelő leírására.
felvehető hallgatók száma: 1
Jelentkezési határidő: 2019-01-31
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).
Bejelentkezés
