Projekti / Programi
Raziskave v energetskem, procesnem in okoljskem inženirstvu
01. januar 2020
- 31. december 2027
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.13.00 |
Tehnika |
Procesno strojništvo |
|
| 1.08.00 |
Naravoslovje |
Varstvo okolja |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T210 |
Tehnološke vede |
Strojništvo, hidravlika, vakuumska tehnologija, vibracije in akustično inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
| 1.05 |
Naravoslovne vede |
Zemlja in okolje |
energetsko strojništvo, procesno strojništvo, okoljsko inženirstvo, dinamika tekočin, prenosni pojavi v trdninah in tekočinah, prenos toplote in snovi, večfazni tok, zgorevanje, energija iz odpadkov, numerične metode, računalniška dinamika tekočin, sušenje, turbinski stroji, tok v porozni snovi
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
18. april 2024;
A3 za obdobje
2018-2022
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
397 |
6.198 |
5.346 |
13,47 |
| Scopus |
517 |
7.811 |
6.712 |
12,98 |
Raziskovalci (23)
Organizacije (3)
Povzetek
Analiza, razvoj in optimizacija inženirskih sistemov na področju energetskega, procesnega in okoljskega inženirstva je lahko uspešna le ob dobrem razumevanju temeljnih fizikalnih pojavov v strojih in napravah in razvoju učinkovitih in inovativnih numeričnih postopkov reševanja v kombinaciji z eksperimentalnimi raziskavami. Na tem področju raziskav predstavljajo glavni izziv prenosni pojavi v tekočinah in trdninah s poudarkom na več sestavinskih večfaznih reaktivnih tokovih. Na področju naprednih numeričnih modelov za reševanje dvofaznih tokov bomo nadaljevali z razvojem in naprednimi aplikacijami novih modelov za numerično simulacijo razredčenih dvofaznih tokov z Lagrange-Eulerjevim pristopom, vključno z interakcijo tekočina-delci, delci-delci in delci trdna stena, s posebnim poudarkom na ne-krogelnih delcih. V Eulerjevem pristopu toka tekočine bomo razvili model interakcije na osnovi izvirne rešitve s točkovnimi izvori v okviru metode robnih elementov, ki se lahko uporabi za prenos gibalne količine ter prenos toplote in snovi iz delcev na tekočino. Razvite modele za fazo delcev bomo uporabili v podrobnih študijah prenosnih pojavov v procesnih tokovih, vključno z napravami za oblaganje delcev, razpršilnimi in fluidiziranimi sušilniki ter v doziranju inhalacijskih zdravil. Numerični modeli nestacionarnih in nehomogenih transportnih problemov v toku tekočin bodo razširjeni na modeliranje toka nanofluida v porozni snovi. V okoljskem inženirstvu bo podrobno obravnavan transport delcev v toku tekočine in sicer modeliranje sedimentacije v sekundarnem bazenu čistilne naprave in modeliranje transporta sedimentov v porečjih in drugih vrstah površinskih tokov. V raziskavah termotehnike se bomo osredotočili na razvoj računalniškega modela za celovito numerično simulacijo procesa liofilizacije v vialah, razvoj numeričnih tehnik za reševanje neposrednih in inverznih problemov v dinamični termografiji in razvoj nove kontrolirane naprave za testiranje hlajenja/ogrevanja za validacijo razvitih računalniških modelov. Področje dinamike reaktivnih tokov v procesih zgorevanja bo pokrito z razvojem numeričnega modela procesa zgorevanja trdnih goriv v napravah z ločeno oskrbo z zrakom in gorivom, modeli heterogenega prehoda trdnega goriva v plinaste produkte, kot tudi s proučevanjem mehanizmov nastajanja onesnaževal. Možnosti uporabe novih dodatkov k dizelskim in alternativnim gorivom za izboljšanje lastnosti visokotlačnih sistemov za vbrizg goriva v motorjih s skupnim vodom bo preučeno eksperimentalno in numerično. V študijah kavitacije v hidravličnih strojih bomo preučili Peltonove turbine s posebnim poudarkom na napovedovanju kavitacijske erozije in napovedovanju kavitacijskih oblakov v vodnih turbinah in črpalkah.
Pomen za razvoj znanosti
Razumevanje in sposobnost napovedovanja obnašanja tehniških sistemov, v katerih prevladujejo turbulentni in večfazni tokovi, temelji na poglobljenem znanju o dogajanju (prenosnih pojavih) v takšnih tokovih. Razvoj novih, natančnih metod računalniške
simulacije prenosnih pojavov, ki v kvaliteti rezultatov močno presegajo klasične, na empiričnih spoznanjih utemeljene inženirske metode preračunov, je tako izjemnega pomena za razvoj inženirskih znanosti na področju energetskega, procesnega in okoljskega inženirstva. Na področju razvoja novih numeričnih metod se pri metodi robnih
elementov nadejamo razvoja ciljno usmerjenih učinkovitih in natančnih modelov procesov, značilnih za naprave v procesni in okoljski tehniki, ob tem pa bo izboljšana tudi računska in spominska zahtevnost metode. Razvoj naprednih modelov prenosa toplote in snovi v razpršenih tokovih bo omogočil podrobnejši vpogled v kompleksno tokovno, toplotno in snovno dogajanje v toplotno snovnih (sušilniki, adsorberji) in mehanskih (usedalni bazeni) ločevalnih napravah, hidravličnih strojih, napravah za pretvorbo odpadnih snovi v energijo kot tudi motorjih z notranjim zgorevanjem. Poseben poudarek bo namenjen razvoju novih računalniških modelov za virtualno načrtovanje in optimizacijo vakuumskih sublimacijskih sušilnikov ter razpršilnih in fluidizirajočih sušilnikov. Uporaba numeričnih metod za izračun toka v turbinskih strojih je z znanstvenega vidika pomembna, ker omogoča vpogled v
nestacionarne in kavitirajoče tokovne razmere v turbinskih strojih. S tem povečujemo znanje o dogajanju v različnih stabilnih (delni pretoki, optimalna točka obratovanja, polna moč) in prehodnih režimih obratovanja (zagon, pobeg). Glede na vedno strožje ekološke predpise in problematiko uporabe fosilnih goriv je nujno iskanje možnosti za uporabo alternativnih goriv v motorjih z notranjim zgorevanjem. Novo razviti matematični modeli za numerično simulacijo procesov vbrizgavanja in zgorevanja bodo zmanjšali drago eksperimentalno delo in omogočili hitrejši razvoj učinkovitejših in okoljsko sprejemljivejših motorjev. Razvoj novih
modelov ravnotežnega večstopenjskega uplinjanja trdnih odpadkov na rešetki bo omogočil podrobnejšo analizo procesa zgorevanja v primarni in sekundarni komori značilne naprave za termično izrabo odpadkov. Metode termografije bomo z znanstvenimi pristopi za izračun inverznega problema prenosa toplote v bioloških tkivih nadgradili za uporabo v medicinski tehniki.
Pomen za razvoj Slovenije
Na področju procesne tehnike in v farmacevtski industriji se pojavljajo velike potrebe po numeričnem modeliranju prenosnih pojavov v razpršeni fazi trdnih delcev, predvsem v obliki ustvarjanja obloge delcev in sušenja delcev, sušenja v pogojih sublimacije oz. procesa liofilizacije, ter procesa filtracije. Razvii bomo virtualni model industrijskega liofilizatorja za sušenje snovi v več tisoč vijalah. Kot aplikacija bo uporabljen tudi primer razpršilnega sušenja in sušenja v lebdečem sloju trdnih delcev v toku zvezne tekočine (sušilni zrak), kjer bo uporabljen tristopenjski model sušenja, ki omogoča realnejšo napoved porabe energije tega izjemno energijsko potratnega procesa. Nadaljevali bomo z uporabo raziskav na numeričnem področju pri razvoju modelov za opis toplotnih razmer in gibanja vlage v avtomobilskih svetilih, kjer ima Slovenija že dva velika proizvajalca, od katerih s Hella Saturnus sodelujejo tudi člani naše raziskovalne skupine.
Vodna energija je najpomembnejša med obnovljivimi viri energije brez izpustov CO2. Slovenija ima dolgoletno tradicijo in veliko znanja in izkušenj pri razvoju in izdelovanju vodnih turbin, kjer izstopa Kolektor Turboinštitut, partner v raziskovalnem programu. Za obstoj na trgu so bistvene odlične karakteristike strojev in zmanjšanje stroškov.
Oboje lahko dosežemo z razvojem novih numeričnih modelov, ki natančneje opišejo delovanje turbine. Pri manjših projektih, kjer je izdelava modela predraga, le z numeričnim izračunom lahko preverimo, če so garantirane karakteristike dosežene. Vsakoletni obiski študentov strojništva iz Maribora popularizirajo porabo numeričnih metod v industriji, podjetje Kolektor Turboinštitut pa omogoča tudi izdelavo diplome, magisterije in doktorate iz področja numerične analize toka v hidravličnih strojih. Na področju ogrevanja, ohlajevanja in klimatizacije (HVAC) bomo raziskovali optimizacijo učinkovitosti konvekcijskega ogrevanja ob
upoštevanju nadzora zunanje in notranje temperature za vsako ogrevalno enoto, predvsem v stanovanjskih in poslovnih objektih. Na področju okoljskega inženirstva bo poudarek na razvoju postopkov toplotnega izkoriščanja trdnih odpadkov in analizi primernosti goriv,
pridobljenih iz komunalnih odpadkov, za uporabo v takšnih napravah. Ker je problematika komunalnih odpadkov v Sloveniji pereč problem, bomo s tem prispevali k pospešitvi reševanja tega problema. Razvite metode numeričnega modeliranja večfaznega toka bodo uporabne tudi za študij bioloških sistemov (bazen čistilne naprave), saj se
mikroorganizmi v tokovih velikokrat obnašajo kot delci, v primeru
toka v porozni snovi pa bodo uporabljene z namenom simulacije potovanja onesnaževalcev podtalnici.
