Projekti / Programi
Modeliranje in simulacija kapljevito-trdnih procesov na več merilih
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.13.01 |
Tehnika |
Procesno strojništvo |
Večfazni sistemi |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T150 |
Tehnološke vede |
Tehnologija materialov |
Kapljevito-trdni procesi, Stefanov problem, taljenje, topljenje, zmrzovanje, strjevanje, makroskopski-mezoskopski-mikroskopski model, koncept kontinuumske mešanice, koncept celičnih avtomatov, koncept faznega polja, brezmrežne numerične metode, radialne bazne funkcije.
Raziskovalci (5)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
29096 |
dr. Agnieszka Z. Guštin |
Materiali |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
141 |
| 2. |
30833 |
dr. Umut Hanoglu |
Procesno strojništvo |
Mladi raziskovalec |
2009 - 2011 |
49 |
| 3. |
28366 |
dr. Gregor Kosec |
Računalništvo in informatika |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
161 |
| 4. |
04101 |
dr. Božidar Šarler |
Procesno strojništvo |
Vodja |
2008 - 2011 |
1.101 |
| 5. |
23018 |
dr. Robert Vertnik |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Raziskovalec |
2008 |
221 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
1540 |
Univerza v Novi Gorici |
Nova Gorica |
5920884000 |
14.060 |
Povzetek
Znanstveni cilji raziskovalnega projekta so osredotočeni k izboljšanemu fizikalnemu popisu in nadaljnemu razvoju numeričnih metod za kapljevito-trdne procese. Fizikalno modeliranje tovrstnih procesov bo postavljeno v okvir volumsko-povprečene enofazne formulacije na makroskopskem merilu in na koncept celičnih avtomatov na mikroskopskem merilu. Omenjeni fizikalni okvir bo uporabljen za študij enakoosnega in stebričastega strjevanja s povezovanjem makroskopskih transportnih pojavov z razvojem mikrostrukture. Ohranitvene enačbe za maso, energijo, gibalno količino in sestavine bodo sočasno in povezano reševane na mikroskopskem in makroskopskem merilu. Poudarek bo na razvoju simulacijskega sistema za izračun makroizcejanja. Specifične konstitucijske zveze bodo eksperimentalno preverjene na podlagi novih laboratorijskih poskusov z binarnimi zlitinami (Sn-Pb) ter industrijskimi podatki, pridobljenimi pri postopku trakovnega ulivanja aluminijevih zlitin (Al-Fe-Si-Mn), ki so zanimive s stališča recikliranja. Prvič bodo brezmrežne metode uporabljene za izračun makroskopskih in mikroskopskih enačb na neuniformni mreži. Pravkar razvita eksplicitna kolokacijska metoda z radialnimi baznimi funkcijami bo izboljšana s kombinirano p-, r- in h- prilagodljivostjo za učinkovito obravnavo velikega števila neznank ter za obravnavo mikro-celic. Obstoječi mednarodni primerjalni testni primeri za Stefanove probleme bodo dopolnjeni z novimi nalogami za strjevanje večsestavinskih sistemov. Predlagane raziskave bodo prispevale k nadaljnemu razvoju eksperimentalno podprtega temeljnega znanja za modeliranje kapljevito-trdnih procesov ter vplivale na nadalnje poskuse, teorijo, projektiranje in izobraževanje. Specifične nadgradnje razvitega temeljnega znanja bodo uporabljene pri simulaciji številnih naravnih in tehnoloških procesov. V okviru projekta bomo priredili dve mednarodni konferenci ter letno šolo v povezavi s Stefanovimi problemi.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskovalni projekt sodi v temeljni del spektra raziskav Laboratorija za večfazne procese Univerze v Novi Gorici. Raziskave se uvrščajo v moderno raziskovalno področje modeliranja, simulacije in optimizacije procesov in materialov, ki ima čedalje vidnejšo vlogo v mednarodnem raziskovalnem prostoru - zaradi vse večjih potreb po cenenih izdelkih z visoko vsebnostjo znanja, novih materialih ter okolju prijaznejših tehnologijah. Vsebina naših raziskav je v ta prostor aktivno vpeta tako s temeljnimi kot z aplikativnimi raziskavami. Pri tem si v okviru temeljnih raziskav prizadevamo v svetovno zakladnico znanja prispevati z novimi pristopi modeliranja kapljevito-trdnih sistemov na več sklopljenih merilih, z novimi brezmrežnimi numeričnimi pristopi za modeliranje problemov s premičnimi mejami ter s testnimi primeri in referenčnimi izračuni Stefanovih problemov. Na vseh omenjenih področjih izkazujemo vodilne rezultate (številni članki v najvišje ocenjenih revijah, vabljena predavanja na prestižnih konferencah in univerzah, izstopajoče število citatov, nagrade doma in v tujini). Mednarodno izobraževanje, ki izhaja iz pričujočih raziskovalnih vsebin, je v zadnjih letih našlo svoje mesto v elitni mednarodni letni šoli za mehaniko CISM v Vidmu, kjer je nosilec projekta prvi vabljeni predavatelj iz Slovenije. Nadalje se raziskave zrcalijo v bolonjskem podiplomskem modulu: Modeliranje in simulacija materialov in procesov, ki ga na Univerzi v Novi Gorici izvajamo v sklopu študijskega programa Fizika III na Fakulteti za aplikativno naravoslovje. Štirje podiplomski študentje so dokončali svoje doktorsko izobraževanje v okviru tega projekta.
Pomen za razvoj Slovenije
Zaključeni projekt je bil podprt izključno iz državnih virov in iz sredstev naštetih mednarodnih projektov. Pomembno je poudariti, da so specifične nadgradnje prejšnjih temeljnih projektov, ki so bile podlaga za znanje in izkušnje, na katerih smo gradili ta projekt, našle uporabo kmalu po razvoju.
Najbolj izdelano med njimi je brez dvoma modeliranje relacij med procesnimi parametri in temperaturnim/hitrostnim poljem pri kontinuirnm litju aluminija in jekel za podjetja IMPOL, ŠTORE STEEL in ACRONI ter tlačnega litja v podetju HIDRIA. Brezmrežne numerične metode smo uspešno uporabili v podjetju Goriške opekarne pri projektiranju toplotne prehodnosti opek. Vsi našteti primeri prikazujejo prenose naših temeljnih raziskav v prakso, ki so brez dvoma pomembni za slovensko gospodarstvo.
V okviru projekta nadaljujemo z razvojem novih znanj, ki bodo uporabno v številnih kritičnih tehnologijah, povezanih s faznimi prehodi. Zelo težko je vnaprej pripraviti izrčpen seznam vseh možnosti uporabe akumuliranega znanja v okviru predlaganega projekta. Na določeni stopnji izdelave in obdelave skoraj vsakega predmeta, ki ga izdela človek, uporabljamo taljenje ali strjevanje. Tako optimizacija in avtomatizacija tovrstnih procesov na podlagi modelske podpore predstavlja danes ključ do sodobne izdelave in predelave kovin, keramike, polimerov, kompozitnih materialov in elektronskih komponent.
Vrhunsko znanje, ki smo ga pridobili v okviru projekta, bo omogočalo utrditi začeto sodelovanje in izvoz slovenskega znanja globalni multinacionalni jeklarski in aluminijski industriji, ki se je ravnokar začelo.
Tukaj dodatno poudarimo, da zaključene raziskave poleg ostalega utrjujejo slovensko znanstveno in kulturno dediščino ter narodno identiteto ter razpoznavnost 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. Izdelane projektne vsebine sodijo na področje Stefanovih problemov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
2009,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
2009,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
