témavezető: Hegedűs Ferenc
helyszín (magyar oldal): BME Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék helyszín rövidítés: HDR
A kutatási téma leírása:
a.) Előzmények: Az ultrahanggal besugárzott folyadékban többezer, mikron méretű, radiálisan pulzáló buborék keletkezik, melyekben összeroppanásuk során kémiai reakciók is lejátszódhatnak. A jelenséget szonokémiának nevezzük (ultrahang keltette kémiai reakciók). A szonokémiának számos felhasználása lehetséges, például a szennyvízkezelésben, a gyógyszeriparban és a szerveskémiában. A szonokémia egyik legnagyobb kihívása az energiahatékonyság.
b.) A kutatás célja: A kutatás fő célja a szonokémiai úton történő ammóniagyártás energiahatékonyságának vizsgálata. A vízben lévő buborékok kezdetben levegőt tartalmaznak. A besugárzás hatására a levegőbuborékok pulzálásba kezdenek és bennük kémiai reakció játszódik le. A levegőben lévő nitrogén és a buborékba párolgó vízgőz disszociál. A rendelkezésre álló elemi nitrogén és hidrogén egy része ammóniát képez. A reakciókinetikát a pulzáló buborék dinamikája határozza meg. A fő cél az üzemeltetési paraméterek optimalizációja úgy, hogy a lehető legtöbb ammónia keletkezzen a lehető legkevesebb energia befektetés árán. Az energiahatékonyságot impulzusszerű besugárzással szeretnénk növelni. Így a üzemeltetés főbb paraméterei a besugárzás intenzitása, frekvenciája és az impulzusának hossza. Továbbá a buborék egyensúlyi mérete.
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 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 számítástechnika alkalmazása elengedhetetlen. Ezt videokártyák programozásával érjük el. A tanszéknek már jelenleg is tulajdonában van 1 db NVIDIA GeForce Titan Black és 2 db NVIDA A5000 típusú videokártya. Továbbá a Komondor szuperszámítógépen is fogunk erőforrásra pályázni.
e.) Várható tudományos eredmények: Hatékony, hardware-re optimalizált numerikus megoldó, amely alkalmas akusztikusan gerjesztett buborék kémiai kihozatalának numerikus vizsgálatára. Numerikusan elvégzett paramétertanulmányok, amelyek segítik az energiahatékony üzemeltetési stratégiák kidolgozását.
f.) Irodalom: A témához kapcsolódó eddig megjelent publikációk:
Kalmár, Cs., Klapcsik, K., Hegedűs, F. (2020): Relationship between the radial dynamics and the chemical production of a harmonically driven spherical bubble. Ultrasonics Sonochemistry, 64, pp. 104989.
Kalmár, Cs., Turányi, T., Zsély, I. Gy., Papp, M., Hegedűs, F. (2022): The importance of chemical mechanisms in sonochemical modelling, Ultrasonics Sonochemistry, 83, pp. 105925.
Kalmár, Cs., Hegedűs, F. (2023): Energy Dissipation and Chemical Yield of an Ultrasound Driven Single Bubble, Periodica Polytechnica Mechanical Engineering, 67, pp. 44-50.
felvehető hallgatók száma: 1
Jelentkezési határidő: 2024-04-16
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
