Механо-математическо моделиране и числени симулации

на съвременни технологични процеси

(Задачите по проекта са по приоритети 1,2,3 и 4 на Националната научна стратегия )

 

служители

стая

тел.

e-mail

Доц. дн Станимир Илиев Р-л

330

979 6488

stani@imbm.bas.bg

Доц. д-р Нина Пешева

304

979 6439

nina@imbm.bas.bg

Гл. ас. д-р Добри Данков

330

979 6488

dankov@imbm.bas.bg

Ас. Владимир Русинов 404 979 6463 vladimir@imbm.bas.bg
Ас.д-р Надежда Бънзарова 105 979 6701 nadezhda@imbm.bas.bg
Доц. д-р Славчо Славчев (АЧ) 326 979 6456 slavcho@imbm.bas.bg
Доц. д-р Петър Господинов (AЧ) 404 979 6463 png@imbm.bas.bg
Милан Рашевски ( докторант) 326 979 6456 mrashevski@gmail.com

 

Натрупаният в звеното научен капацитет, като методологични разработки, разработени програмни продукти, опит в числени симулации, и др., дават възможност да се реализират научни изследвания по 4 отделни задачи, свързани с приоритетни направления 1, 2, 3 и 4 от Национална стратегия за развитие на научните изследвания 2020, отбелязани по-долу срещу всяка задача.

По приоритети 3 и 4 нови материали и технологии:

1) Получаването на материали със зададени омокрящи свойства е актуален и важен проблем, който попада в приоритетната област: Нови материали и технологии. През последните години се постигнаха впечатляващи резултати в това направление чрез промяна на свойствата на твърдите повърхности на микро-ниво, чрез формиране на хетерогенни "дефекти" от други материали, чрез промяна на грапавостта им, в това число чрез печат на "пънчета" (микроцилиндърчета) и т.н.  Прецизното изследване на контакта на подобен тип повърхности с течности е недостатъчно добре изучен поради сложната структура на взаимодействие. Поради това е актуално да се развива механо - математично моделиране на тези системи и да се провеждат числени симулации на омокрящите им свойства. В направление ММЧС в резултат на дългогодишни изследвания има разработена методика, както за моделирането на омокрянето на твърди повърхности с разнообразни физико-химични характеристики, така и разработени числени методи, програми и програмни продукти за осъществяване на числени симулации. Има получени и редица важни резултати за статичните и динамични омокрящи свойства на материалите, публикувани в реномирани списания. В настоящия проект се цели продължаване на изследванията по тези въпроси. Ще продължи изследването на свойствата на повърхности с периодично разположени грапавости. Ще се разгледат и различните режими на омокряне, когато между повърхността и течността се формират въздушни мехури (или кухини), което води до супер хидрофобност, както и когато контактът е неперкъснат (т.е. без наличие на кухини, известен като режим на Венцел). Заедно с това ще се моделират и изследват свойствата на реални повърхности, за които е характерно да има случайно разпределена хетерогенност и грапавост.

По приоритет 2- в част биотехнологии и 4:

2) Предвижда се да бъде изследван също така напълно асиметричен процес с просто изключване (TASEP), с обобщени правила на обновяване (Generalized Update) върху проста верижка с отворени гранични условия. Освен чисто теоретичния интерес към този модел като система с неравновесно стационарно състояние, свойствата на които които са недостатъчно добре изследвани, тези модели имат много и разнообразни приложения като:  модели на грануларен и пътен трафик; моделиране на явления на био-транспорт върху едномерни верижки (синтез на протеини, движение на молекулни мотори и др.); едномерни модели на нарастване на повърхности; гел електрофореза и седиментация; транспорт на пакети от данни по Интернет; бързи йонни проводници (т.н. принудени дифузни системи) и др.

Ще бъде получена фазовата диаграма на модела чрез числено намиране на профилите на плътността и тока в различните фази на системата. Очаква се системата да има богата и интересна фазова диаграма и свойства, които нямат аналог в равновесния случай. Особен интерес представлява случаят, когато параметърът, определящ взаимодействието между две съседни частици (и характеризиращ обобщената динамика) заеме максималаната си стойност Pm=1, тъй като се очаква това да води до появата на пълна агрегация в системата, т.е., появата на макроскопичен

клъстер, запълващ цялата верижка – едно явление, което активно се изследва напоследък и което представлява интерес, заради възможните си приложения.

По приоритет 1 - в част енергийна ефективност:

3) Хидродинамичните и топлообменни процеси във фасадни стъклопакети с циркулираща несвиваема вискозна течност – вода и водни разтвори с различни свойства на абсорбция на светлината с ще бъдат обект на експериментално и теоретично изследване. Такива стъклопакети заемат все по-широко място в строителството на сгради с висока енергийна ефективност. Изследването е свързано с изпълнението на Европейски проект InDeWaG (Industrial Development of Water Flow Glazing) по  програма Horizon 2020

Предвидено е изработването на прототип на стъклопакет и изучаването на динамичното поведение на елементи от неговата конструкция при различни външни условия. Ще се разработи методика за тестване на прототипа, включваща измерване на наляганeто на течността и на деформациите в стъклопакета.

Теоретичното изследване на хидродинамичните и топлообменни процеси ще включва формулирането на подходящи моделни задачи на хидродинамиката и топлообмена, които да описват както течението в камерата, през която течността постъпва в стъклопакета, така и течението в пакета в резултат на принудена и естествена конвекция, последната породена от абсорбцията на светлината в течността.

По приоритет 3 – нови материали и технологии:

4) В този проект се предвижда моделиране и изследване на характеристиките на сензори за налягане с нагреваема нишка. По-точно предмет на изследване са сензори за налягане с нишка в цилиндричен корпус, използвани във вакуумни промишлени инсталаци, като нишката е свързана към аналогов електрически мост  или цифров трансмитер . Те могат да се разделят условно на две групи – в първата попадат сензори с нишка в която температурата се мени в зависимост от условията в газовата фаза между нишката и корпуса т.е. нишката е адиабатично изолирана. Към втората група се отнасят т.н. Pirani сензори, при които температурата се поддържа постоянна или се управлява по зададен закон. В последните години в промишлеността започват да се налагат т.н. пулсиращи Pirani сензори в които температурата на нишката нараства за определен интервал от време по хармоничен или експоненциален закон, след което следва период на охлаждане  с изключено захранващо напрежение, като тези интервали се повтарят циклично, а налягането се отчита с цифров трансмитер в края на интервала нагряване. Поради големите си предимства този тип сензори са обект на задълбочени експериментални изследвани в лабораторни условия. Известни са и теоретични изследвания основани на термичния баланс на централната нишка.

В работата по задачата се предвижда моделирането на сензорите с нишка като течение на Couette в разреден газ между два стационарни цилиндъра при задава на различни термични гранични условия, като се използват и резултати от наши досегашни изследвания. Ще се оценява и чувствителността и инертността на сензорите с изследване на фазово-честотни характеристики.