Loading...
Projekti / Programi vir: ARRS

Funkcionalne tekočine za napredne energetske sisteme

Obdobja
01. januar 2022 - 31. december 2027
Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
2.03.00  Tehnika  Energetika   

Koda Veda Področje
2.03  Tehniške in tehnološke vede  Mehanika 
Ključne besede
Tekočine, Kavitacija, Vrenje, Mikrofluidika, Čiščenje vode, Elastokalorika, Mikroreologija, Toplotna dioda, Toplotno stikalo
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Upoš. tč.
1.900,65
A''
1.171
A'
1.425,4
A1/2
1.633,55
CI10
2.435
CImax
159
h10
28
A1
6,73
A3
10
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan 03. december 2022; A3 za obdobje 2016-2020
Podatki za razpise ARRS ( 04.04.2019 - Programski razpis, arhiv )
Baza Povezani zapisi Citati Čisti citati Povprečje čistih citatov
WoS  91  2.541  2.119  23,29 
Scopus  100  3.016  2.542  25,42 
Raziskovalci (1)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacij
1.  23471  dr. Matevž Dular  Energetika  Vodja projekta/programa  2022  407 
Organizacije (1)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacij
1.  0782  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo  Ljubljana  1627031  27.549 
Povzetek
Prišli smo do stopnje razvoja, ki je prerasla zmožnosti našega planeta in nas sili v netrajnostno rabo virov. Na svetovni ravni so bili sprejeti različni ukrepi (npr. 17 ciljev za trajnostni razvoj za vse s strani Združenih narodov, pariški podnebni sporazum, Evropski zeleni dogovor). Ukrepi so povezani z razvojem okolju prijaznih tehnologij, potencialom za zagotavljanje čistejše mobilnosti, razogljičenjem in tudi z povečajem energetske učinkovitosti naprav in procesov pretvorbe energije. Cilje je mogoče doseči le z uporabo inovativnih tehnologij, ki presegajo obstoječe. Glavno vlogo bi morale igrati inovacije v energetskem sektorju, saj se z danimi izzivi le-te neposredno spopadajo z zagotavljanjem vedno večje energetske učinkovitosti naprav in procesov pretvorbe energije z uporabo obnovljivih, odpadnih in presežnih virov energije (to je del ciljev trajnostnega razvoja, ki jih je predstavila OZN in je v skladu s ciljem EU za energetsko učinkovitost do leta 2030). Nove rešitve, ki poskušajo zadostiti zastavljenim ciljem, so pogosto podvržene k delovanju v nestabilnih pogojih. Ena izmed niš je optimizacija tekočin, ki so bistven in nepogrešljiv, a večkrat zapostavljen gradnik vsakega energetskega sistema. Temeljno poznavanje obnašanja tekočin je zato ključnega pomena za zagotovitev varnega in neprekinjenega delovanja. Potencialno rešitev vidimo v naprednih in nekonvencionalnih tekočinah, izpostavljenih ekstremnim pogojem in/ali različnim zunanjim vplivom. Po drugi strani pa lahko posebne lastnosti, ki jih tekočine kažejo pod določenimi pogoji, privedejo do nove ali do optimizacije obstoječih tehnologij, ki zagotavlja dolgoročno in okolju prijazno oskrbo z energijo. Obstoječe tehnologije imajo omejen doseg - bistvenega pomena so dolgoročne raziskave na najosnovnejši ravni. V okvir raziskovalnega programa bodo vključeni vrhunski raziskovalci (dva zmagovalca ERC projektov) s področja energetike in okolja, ki jih bo dopolnila skupina strokovnjakov s področja prenosa toplote in mikrofluidike. Raziskovali bomo lastnosti in uporabo funkcionalnih tekočin, ki bi lahko bile ključen gradnik novih tehnologij v energetskih aplikacijah. Skupina raziskovalnega programa bo delovala na več področjih s skupnim ciljem integrirane obravnave tekočin za napredne aplikacije v energetskem inženirstvu. Osredotočili se bomo na preučevanje tekočin, ki so v energetskem inženirstvu redko ali površno obravnavane, vendar kažejo velik potencial za uporabo v prihodnosti. Raziskovali bomo specifične pojave in raziskali možnosti njihove napredne manipulacije. Raziskave lastnosti tekočin bodo pri tem igrale ključno vlogo. Predlagane raziskave in pričakovani rezultati bodo prispevali k razvoju znanosti in tehnologije v energetskem inženirstvu, zlasti na področju: i) energetsko in odpadkovno nevtralnega čiščenja vode in odpadnega blata, ii) inovativnih rešitev pri hlajenju in iii) inovativnih pristopov k toplotni in energetski regulaciji.
Pomen za razvoj znanosti
Nove rešitve v energetskih raziskavah so pogosto podvržene k delovanju v nestabilnih pogojih. Raziskovalni program obravnava nišo optimizacije tekočin. Temeljno znanje o obnašanju tekočin je ključnega pomena za zagotovitev varnega in neprekinjenega delovanja novih in naprednih energetskih sistemov. Predlagani raziskovalni program naslavlja izbrane tekočine in fenomene pri tekočinah, skupaj z inovativnimi tehnikami manipulacije, ki bodo služile kot osnova za uporabo v energetskih sistemih prihodnosti. Čeprav se zavedamo nekaterih fizikalnih mehanizmov, ki spremljajo kavitacijo, je zelo malo znano, kateri mehanizmi ali kombinacija katerih je pomembna za določeno posledico kavitacije. S poudarkom na raziskovanju osnovnih mehanizmov bo mogoče raziskave zasnovati na bolj realističnem merilu, kjer so prisotni bolj zapleteni pojavi. Namen dela je zagotoviti preboj v razumevanju fizike kavitacije. Natančneje, bistveno bomo izboljšali ločljivost eksperimentov na vseh velikostnih merilih. Vrenje je eden najpogosteje uporabljenih mehanizmov za učinkovit prenos toplote, vendar nekateri osnovni pojavi, zlasti na mikro in nano merilu, še vedno niso popolnoma razumljeni. Cilj dela je zagotoviti platformo za preučevanje majhnih fizikalnih pojavov, ki se pojavijo med vrenjem naprednih tekočin (samoomočljive tekočine, nanotekočine, večkomponentne mešanice). Poglobljeno znanje s tega področja bo omogočilo inženirsko specifične in optimizirane delovne tekočine, kar je naslednji ključni korak za izboljšanje prenosa toplote. Nadzor in manipulacija z majhnimi volumni tekočin sta se izkazala kot bistvena za prihodnjo miniaturizacijo naprav na različnih področjih uporabe, zlasti pri toplotnem upravljanju in pridobivanju energije. V okviru programa se bomo osredotočili na zagotavljanje temeljnih spoznanj o dinamiki kapljic, na katero vplivajo različni zunanji mehanizmi (npr. magnetno ali električno polje), da bi postavili osnovo za prihodnji razvoj kompleksnih večkapljičnih mikrofluidnih naprav. Kontinuirna mikrofluidika ponuja natančno manipulacijo in nadzor majhnih volumnov, kar vključuje transport, mešanje in ločevanje. Poleg kontinuirne (makro)fluidike se na podmilimetrskem merilu pojavijo nove lastnosti toka tekočine, kot so tekočinske metastabilnosti, kapilarni učinki ali izjemno nizko-Reynoldsovi tokovi. Primarno bomo vzpostavili jasno razumevanje različnih pojavov v toku na mikro merilu. Nato bomo nadaljevali z oblikovanjem novih pristopov za izkoriščanje teh mikrofluidnih pojavov, zlasti v energetskih aplikacijah, kot so toplotni nadzor, pridobivanje energije in čiščenje vode. Čeprav se ultrazvočni valovi že uporabljajo v različnih aplikacijah, so učinki ultrazvoka na kompleksno tekočino še vedno slabo razumljeni. Podrobno bomo raziskali interakcije močnih ultrazvočnih valov z večfaznimi tekočinami v ekstremnih temperaturnih in tlačnih pogojih. To bo privedlo do uporabe ultrazvočne tehnologije na področju termičnega nadzora, obdelave materialov in čiščenja vode. Z natančnim nadzorom jakosti magnetnega/električnega polja lahko vzpostavimo enega izmed bistvenih mikrofluidnih mehanizmov manipulacije (premikanje, združevanje, cepljenje, skakanje). V okviru programa se bomo osredotočili na temeljno razumevanje teh štirih mehanizmov. To bo postavilo temelje za nadaljnje uvajanje v široke možnosti aplikacij, kot so hlajenje mikroelektronike, kalorično hlajenje in tehnologije za pridobivanje energije ali celo mikrofluidna integrirana vezja in računalniški čipi. S tem ko pretočne naprave postajajo manjše, so potrebne natančnejše tehnike manipulacije s tokom. Laser lahko natančno uravnava izhodno energijo žarka, osredotočenega na izredno majhno površino. Vendar je malo znanega o posledicah usmerjene svetlobe na zmesi in kompleksne tekočine, ki vsebujejo različne dodatke, raztopljene in neraztopljene pline ali delce. Podali bomo vpogled v mehanizme interakcije tekočina-svetloba in njihove specifične posledice, ki bodo v prihodnosti imeli pomembno vlogo pri adaptaciji tekočin. Sodobni procesi zahtevajo uporabo zelo specifičnih tekočin, ki opravljajo več zahtevnih nalog vzdolž svojega toka. Ker lastnosti tekočine ostajajo nespremenjene, njenih lastnosti ni mogoče optimizirati za določeno nalogo. To lahko dosežemo z lokalno manipulacijo s tekočino bodisi z dodajanjem ali odstranjevanjem plinov bodisi z vbrizgavanjem stabiliziranih nano- in mikro mehurčkov. Podrobno bomo raziskali učinke plinov in mikro mehurčkov na kompleksne matrike tekočin in njihovo dinamiko toka v ekstremnih pogojih. To bo razkrilo nove možnosti za lokalno manipulacijo tekočin in omogočilo korak naprej pri oblikovanju funkcionalnih tekočin. Rezultati raziskovalnega programa ne bodo omejeni le na raziskave na področju energetike, ampak bodo zaradi pomembnosti tekočin na različnih področjih prispevali tudi k raziskavami na drugih področjih tehnike, kemije, biologije, medicine in drugod.
Pomen za razvoj Slovenije
Poleg temeljnih raziskav je predlagani program povezan z razvojem inovativnih rešitev in izdelkov na področju trajnostnega upravljanja z energijo - najbolj pereči temi v današnji družbi. Obstoječe tehnologije imajo omejen doseg - bistvenega pomena so dolgoročne raziskave na najosnovnejši ravni. V okviru Raziskovalnega programa bodo vrhunski raziskovalci (dva zmagovalca ERC projektov) s področja energetike in okolja, ki jih bo dopolnila skupina strokovnjakov s področja prenosa toplote in mikrofluidike, raziskovali lastnosti in uporabo funkcionalnih tekočin, ki bi lahko predstavljali ključni gradnik novih tehnologij v energetskih aplikacijah. Naša dobro uveljavljena in aktivna vloga v raziskavah in razvoju slovenske industrije bo napredek v nepogrešljivem segmentu tehnološkega razvoja v Sloveniji usmerila k trajnostni rabi energije. Člani skupine so dejavni pri hitrem prenosu temeljnih raziskav v industrijsko okolje. V zadnjih 5 letih so (so) avtorji najmanj 9 patentov. Raziskovalni program bo prispeval k razvoju tehnologije v energetskem inženirstvu, in sicer: i) inovativne rešitve na področju hlajenja, ii) obdelava vode in blata z "nič energije - nič odpadkov" in iii) inovativni pristopi za manipulacijo energetskega toka. Kot ena vodilnih skupin na svetu vidimo jasno možnost, da bi lahko v desetletju elastokalorična tehnologija prevzela pomemben delež na svetovnem trgu hladilnih in klimatskih naprav, ki je bil leta 2018 vreden več kot 100 milijard evrov. Preiskave temeljnih načel, ki vodijo mehanske in kemijske učinke kavitacije, bodo omogočile prihodnje preboje v razvoju in optimizaciji tehnologij in inovacij, ki izkoriščajo kavitacijski tok. Naše delo v preteklih letih je opazilo že več večjih nacionalnih podjetij, kot sta Kolektor in Petrol. Raziskovalni program bo pripreljal do novih rešitev v napravah za termično krmiljenje in odkril nove principe delovanja in materiale za izboljšanje parametrov termičnega stikala/diode. Pričakovani vpliv je neposredno povezan z inovacijami in izboljšanjem trenutnega ali razvojem novih, energetsko učinkovitejših metod upravljanja s toploto v raznovrstnih sistemih in napravah. S socialne strani je programska skupina dejavna tudi na področju razvoja človeških virov. Člani poučujejo na Oddelku za strojništvo in tudi na Oddelku za kemijo in kemijsko tehnologijo. Trenutno znotraj naše skupine študira 6 doktorskih študentov, ki bodo po naših izkušnjah po diplomi večinoma vstopili v poslovni sektor. Raziskovalni program obravnava osnovna znanstvena vprašanja, ki so pomembna pri razvoju novih tehnologij v energetskem in okoljskem sektorju. Očitno sta oba izjemnega pomena za dobro počutje človeštva in kot taka za napredovanje družbenega in kulturnega razvoja (v Sloveniji, Evropi in širše). Nenazadnje bodo znanstveni rezultati raziskovalnega programa tudi pomemben vzvod za premik miselnosti splošne populacije glede varstva okolja in trajnostne rabe energije - člani raziskovalnega programa se tega poslanstva dobro zavedajo in ga že vrsto let uspešno prenašajo naprej.
Zgodovina ogledov
Priljubljeno