Loading...
Projekti / Programi vir: ARRS

Večfazni sistemi

Obdobja
Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
2.13.01  Tehnika  Procesno strojništvo  Večfazni sistemi 
2.04.02  Tehnika  Materiali  Kovinski materiali 

Koda Veda Področje
2.03  Tehniške in tehnološke vede  Mehanika 
2.05  Tehniške in tehnološke vede  Materiali 
Ključne besede
večfazni sistemi; brezmrežne numerične metode; večfizikalni in večnivojski modeli; mehanika trdnin in tekočin; elektromagnetna in ultrazvočna polja; umetna inteligenca; optimizacija; visoko zmogljivo računalništvo; Stefanov problem; termo-fluidno-mehansko procesiranje; digitalizacija; Industrija 4.0
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Upoš. tč.
2.255,04
A''
31,01
A'
1.004,45
A1/2
1.384,41
CI10
2.391
CImax
201
h10
25
A1
5,61
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  156  3.072  2.224  14,26 
Scopus  203  3.920  2.761  13,6 
Raziskovalci (1)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacij
1.  04101  dr. Božidar Šarler  Procesno strojništvo  Vodja projekta/programa  2022  1.037 
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
Programska skupina je osredotočena na poglobljeno razumevanje fizikalnih pojavov v zapleteno sklopljenih večfaznih sistemih, ki obsegajo plinaste, kapljevite, trdne in alotropske faze na več merilih. Metodologija raziskav temelji na povezanem eksperimentalnem delu, numeričnem modeliranju in simulacijah. Eksperimentalno delo izvajamo v lastnem laboratoriju, v domači in tuji industriji, v medicinskih ustanovah in v tesnem sodelovanju z velikimi tujimi raziskovalnimi centri. Fizikalni opis pojavov temelji na povezani mehaniki kontinuuma, celičnih avtomatih in formulaciji faznega polja. Lastna laboratorijska oprema omogoča izpopolnjene poskuse na merilih od mikrofluidike do pilotnih industrijskih naprav. Numerične simulacije temeljijo na naših vodilnih večnivojskih (lastnosti-mikrostruktura-makrostruktura) in večfizikalnih (mehanika tekočin, mehanika trdnin, kemijske reakcije, elektromagnetno polje, ultrazvočno polje) modelih večfaznih sistemov, rešenih na podlagi povsem nove generacije brezmrežnih numeričnih metod, ki jih originalno razvijamo v programski skupini. Fizikalno modeliranje dopolnjujemo, nadomeščamo in/ali uglašujemo na podlagi umetne inteligence v primerih, ko fizikalni modeli še ne obstajajo, so računsko preveč intenzivni ali ne dajejo dovolj dobre rezultate. Optimizacija večfaznih sistemov se vzpostavlja na podlagi evolucijskega računanja. Kombinacija lastno razvite programske opreme in dostopa do domačih in tujih vrhunskih visokozmogljivih računalniških naprav omogočata vodilne znanstveno in tehnološko usmerjene simulacije. Novo pridobljeno znanje uporabljamo v širokem spektru naravnih in tehnoloških sistemov; od mikro-fluidnih naprav do težkih jeklenih ingotov. Raziskave predstavljajo pomemben prispevek k razumevanju fizioloških procesov, optimizaciji različnih elementov učinkovitosti proizvodnih procesov, vrhunski dovršenosti izdelkov in zmanjšanju vplivov na okolje. Prispevajo k digitalizaciji proizvodnje in so povsem integrirane v koncept Industrija 4.0. Med uporabnike temeljnega znanja programske skupine sodijo veliki mednarodni raziskovalni centri kot so fuzijski program ITER v Franciji, laser na proste elektrone EuXFEL v Nemčiji in BELLE-II eksperiment na Japonskem. Aplikativne raziskave so povezane z visokotehnološko farmacevtsko, biotehnološko in kovinsko-predelovalno industrijo v Sloveniji, globalnimi proizvajalci metalurške opreme in globalnimi proizvajalci posebnih vrst jekel. Programska skupina prejema številna domača in mednarodna priznanja in na globalnem merilu vpliva na temeljno znanje, projektiranje in izobraževanje, povezano z interdisciplinarnim področjem večfaznih sistemov.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave se uvrščajo v moderno raziskovalno področje modeliranja, simulacije in optimizacije procesov, materialov in izdelkov, ki ima vse bolj vidno vlogo v mednarodnem raziskovalnem prostoru - zaradi vse večjih potreb po dostopnih izdelkih z visoko vsebnostjo znanja, novih materialih ter okolju prijaznejših tehnologijah. Vsebina raziskav je v ta prostor aktivno vpeta tako s temeljnimi kot aplikativnimi raziskavami. Pri tem si v okviru temeljnih raziskav prizadevamo v svetovno zakladnico znanja prispevati z novimi pristopi modeliranja večfaznih sistemov na več sklopljenih merilih, z novimi brezmrežnimi numeričnimi pristopi v povezavi z uporabo stojnega učenja. Demonstrirali smo prvi razvoj in uporabo brezmrežnih metod za industrijsko relevantne probleme s turbulentnim tokom, dvofaznim tokom, sklopljene termo-fluid-mehanske probleme, probleme s prostimi površinami in probleme z velikimi deformacijami. Izdelali smo pionirske raziskave prve uporabe brezmrežnih metod pri modeliranju mikrostrukture na podlagi naše originalne metode točkovnih avtomatov ter adaptivnim paralelnim računanjem. Demonstrirali smo prvo modeliranje skozi proces proizvodnje aluminija in jekla na podlagi umetnih nevronskih mrež. Brezmrežno robno metodo fundamentalnih rešetev smo razvili za probleme dinamike trdnin in tekočin pri čemer je odpadla diskretizacija fiktivnega roba. Razvili smo tudi lokalno obliko te metode, uporabno za izračun velikih problemov, kar prej ni bilo možno. Prav tako smo udeleženi pri razvoju mednarodnih testnih primerov za Stefanove probleme. Med drugim smo kot prvi demonstrirali od diskretizacije neodvisne rezultate makroizcejanja ter predlagali prvi mednarodni testni primer kontinuirnega ulivanja. Predlagane raziskave imajo neposredne povezave z mednarodnim raziskovalnim prostorom (Evropa, ZDA, Azija) preko več mednarodnih projektov. Mednarodno izobraževanje, ki izhaja iz rezultatov programa, rezultira v sodelovanju s tujimi univerzami in v dodiplomskih in podiplomskih modulih Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani. Vodja programske skupine in člani njegovega tima so uredili več posebnih številk uglednih mednarodnih revij z raziskovalno vsebino programske skupine. Programska skupina je od leta 2020 dodatno financirana za eksperimentalni in računalniški razvoj novih sistemov za dostavo vzorcev v femtosekundni kristalografiji; pomembnem orodju pri iskanju cepiv in zdravil uporabnih pri boju s pandemijo COVID-19. Prebojne rezultate smo dosegli pri razvoju šob z dvojnim pretokom (danes se uporabljajo po vsem svetu v prostih elektronskih laserjih in sinhrotronih), v novih tipih konvergentno-divergentnih šob in pri razvoju kapljevitih mikro-open. Bili smo prvi, ki smo z obsežno uporabo visokozmogljivega računalništva prikazali fizikalno ustrezne in eksperimentalno preverjene simulacije stisljivega toka z razpadom mikro curkov v kapljice. Znanstveni cilji programske skupine sovpadajo s prioritetami Horizont Evropa: klimatsko nevtralna, zelena in digitalno napredna Evropa.
Pomen za razvoj Slovenije
Predlagano nadaljevanje raziskovalnega programa vsebuje uravnotežene temeljne in aplikativne raziskave kot tudi konkretne visokotehnološke posodobitve sistemov, proizvodnje in izdelkov. Raziskave karakterizira logično sosledje: skoraj celotno znanje, razvito v predhodnih temeljnih in predkonkurenčnih raziskavah, na katerih temelji ta program, je dokazano našlo uporabo v velikih raziskovalnih centrih v tujini in industrijsko uporabo v Sloveniji in svetu kmalu po razvoju. Programska skupina aktivno sodeluje z največjimi, najbolj profitabilnimi in v izvoz naravnanimi slovenskimi družbami (od katerih zavisi 1/3 slovenskega BDP), kot so IMPOL Slovenska Bistrica (kontinuirno-, trakovno-, horizontalno-, EM ulivanje aluminijevih zlitin), METAL Ravne (ulivanje velikih jeklenih ingotov, pretaljevanje pod žlindro), Štore Steel (modeliranje skozi proces), TALUM Kidričevo (implementacija nanodelcev v aluminij), HIDRIA Idrija (tlačno ulivanje), Litostroj Power (razvoj novih vodnih turbin in pripadajočih sistemov). Našteti primeri demonstrirajo spin-off naših temeljnih raziskovalnih rezultatov, ki vplivajo na več deset milijon evrov letnih prihrankov, in so brez dvoma pomembni za Slovenijo. Programska skupina prispeva k transformaciji te tradicionalno surovinsko in energijsko intenzivne industrijske panoge v na znanju temelječo digitalizirano Industrijo 4.0. Vrhunsko znanje, pridobljeno v okviru predlaganega programa utrjuje sodelovanje in izvoz slovenskega znanja v globalno industrijo proizvodnje jeklarske opreme (DANIELI iz Italije) ter v največje svetovne proizvajalce jekla (Xiwang Special Steel Company, Kitajska). S tem zagotavljamo nova raziskovalna delovna mesta v Sloveniji in krepimo mednarodni ugled slovenske znanosti. Programska skupina nudi simulacijsko podporo visokotehnološkemu podjetju BIA Separations, ki je globalno vodilno v razvoju monolitne tehnologije in edini proizvajalec monolitnih kromatografskih kolon za proizvodnjo, čiščenje in analizo večjih bioloških molekul, kot so virusi, plazmidna DNK, eksosomi, protitelesa, bakteriofagi, večji proteini itd. Sodeluje pri razvoju mešalnih sistemov v farmacevtski družbi LEK/NOVARTIS in procesni opremi za oplaščenje delcev BRINOX (slednje je patentirano v Evropi, ZDA, Evraziji in Indiji). Naše znanje je vključeno v najnaprednejše raziskovalne programe kot so nemški Helmholtz Association na področju projektiranja dostave vzorcev za femtosekundno kristalografijo, v francoski CEA na področju analize vpliva plazme na toplotno obremenitev oblog tokamaka ITER. Sodelovali smo tudi pri simulacijah za zmanjšanje toplotnih obremenitev detektorjev v eksperimentu BELLE-II na Japonskem. Ti dosežki dokazujejo, da programska skupina prispeva k razvoju raziskovalcev, ki lahko sodelujejo v najbolj zahtevnih znanstvenih projektih na svetovnem merilu. Predlagane raziskave poleg ostalega utrjujejo slovensko znanstveno in kulturno dediščino ter narodno identiteto in morajo biti v Sloveniji doma prej kot kjerkoli drugod! Jožef Stefan (1835-1893) je bil med prvimi, ki je vzpostavil analitične osnove za obravnavanje kapljevito-trdnih procesov. V čast našemu velikemu znanstveniku se je za tovrstne procese uveljavilo ime Stefanovi problemi. Predlog tega programa pokriva področje Stefanovih problemov. Vizija programske skupine je vzdrževati doseženo vodilno vlogo pri simulacijah večfaznih sistemov na podlagi brezmrežnih numeričnih metod ter nuditi podporo slovenski in globalni industriji pri vzpostavitvi vrhunskih tehnoloških postopkov in izdelkov na kar se da gospodaren in okolju prijazen način. Dodatno je vizija programske skupine vzpostavljanje vrhunskega izobraževanja na področju eksperimentalnega in numeričnega modeliranja in simulacij materialov in procesov kot tudi uporabe visoko-zmogljivih računalniških kapacitet pri tem. Programska skupina v naslednjem obdobju utemeljeno pričakuje sorazmerno povečano državno financiranje, skladno z njenim napredkom: v preteklih petih letih je zrasla za več kot 3x, njeni znanstveni rezultati so se povečali za več kot 5x, doktorsko izobraževanje pa za 10x.
Zgodovina ogledov
Priljubljeno