Institute of Mechanics

Sub Navigation

• • Мехатроника
  • Механика на флуидите
  • Механика на деформируемото твърдо тяло
  • Биомеханика
  • Физико-химична механика
  • Математическо моделиране и числени симулации
    • Тема 1
    • Тема 2
    • Проекти
    • Тема 3

    • Разредени газови течения в микрофлуидни системи

  • ОЛЕМ

Обяви

Фонд „Научни изследвания“ (ФНИ) – „Конкурс за финансиране на фундаментални научни изследвания – 2025 г.“

1) Административно описание (чл. 53, ал. 2)

• Наименование на конкурса: Конкурс за финансиране на фундаментални научни изследвания – 2025 г.
• Основна научна област: Математически науки и информатика
• Допълнителни научни области: Физически науки; Технически науки
• Ключови думи: микрофлуидика; разредени газови течения; MEMS
• Вид изследвания: Фундаментални научни изследвания
• Проект: № КП-06-Н92/4; СУНИ № BG-175467353-2025-08-0132
• Срок: 36 месеца (Етап 1: 18 месеца; Етап 2: 18 месеца)
• Базова организация: Институт по механика – БАН
• Партньори: няма
• Ръководител (PI): доц. д-р Кирил Стоянов Щерев
• Адрес за кореспонденция: ул. „Академик Георги Бончев“ бл. 4, 1113 София; e-mail: kshterev at imbm.bas.bg
• Бюджет: 255 000 лв. (180 000 лв. основен бюджет + 75 000 лв. ДМА/ДНМА)

Научен колектив

• Доц. д-р Кирил Стоянов Щерев – ръководител
• Проф. д-р Емил Самуил Маноах – член
• Гл. ас. д-р Симона Николаева Донева – член (постдокторант)
• Асистент Павел Христов Венев – член (млад учен)
• Докторант Мария Иванова Вилани – член (докторант, ЦЛ СЕНЕИ–БАН)
• Физик Асен Асенов Шулев – член
• Физик Александър Асенов Илиев – член (студент, ТУ Мюнхен – дистанционно)

2) Резюме

През последните десетилетия Микро Електро Механичните Системи (MEMS) претърпяха значителен напредък. Основен двигател за развитието им представляват фундаменталните научни изследвания (теоретични и експериментални), които допринасят за новите знания и идеи, свързани с физическите процеси в MEMS.

Разредените газови течения в MEMS могат да бъдат силно неравновесни, с наличие на прекъснатости, предизвикани от дискретния характер на молекулните течения. В проектното предложение намерението ни е да изследваме голям брой явления и процеси в разредени газове на микро и нано ниво и взаимодействието им с твърди и еластични структури. Ние сме първите в света, използвали молекулярен модел (DSMC) за моделиране на разреден газ в свързаната задача за взаимодействие на еластично тяло с разреден газ. В този проект ще продължим изследванията в тази насока. Ще анализираме влиянието на различни параметри в тримерни случаи и ще сравним резултатите с експериментални данни.

Основната цел на настоящия проект е изследване и получаване на нови знания за триизмерни течения на разреден газ в микрофлуидни системи и съпътстващите ги явления. Установяване на корелация между теоретичните и експериментални изследвания. За постигане на основната цел е необходимо:

• ● Разработване на иновативни триизмерни хибридни математични модели на свързаното взаимодействие на разредени газови течения в микрофлуидни системи с твърди и еластични елементи.
• ● Проектиране и прототипиране на комплексни микрофлуидни системи с интегрирани еластични и/или твърди елементи с параметри, доближаващи се максимално до моделите.
• ● Изграждане на цялостна експериментална установка за измерване на процесите в прототипираните комплексни микрофлуидни системи; при интегрирани еластични елементи в тях ще се измерват преместванията и осцилациите им.
• ● Обработка на теоретичните и експериментални резултати, като припокриването им бъде установено и анализирано.
• ● Изследване на нелинейните явления, възникващи при микрофлуидните течения и взаимодействието им с еластични препятствия.

За моделиране на газови течения ще използваме молекулярен DSMC и континуален модел. Еластичният елемент ще се моделира като трептяща еластична греда или еластична правоъгълна плоча. И в двата случая ще се използват геометрически нелинейните версии на теория на гредите или на плочите (Ойлер-Бернули или Тимошенко в случая на греда и Кирхоф или Райснер-Миндлин в случая на плочи). Численото реализиране на задачи в проекта изисква големи изчислителни ресурси и затова ще бъдат осъществени и пресмятани на суперкомпютъра Хемус и клъстера на Института по механика - БАН.

При експериментите ще използваме теорията на подобието и ще изследваме подобни процеси – подход, широко използван в механика на флуидите. В случая ще уголемим размерите и ще намалим скоростта на микропроцесите, за да можем да ги наблюдаваме и измерваме с наличната апаратура.

Експерименталната база, с която разполагаме, предлага голямо разнообразие от съвременни методи и средства за прототипиране и изследване на микрообекти и системи. Това са адитивни методи на микро/нано-производство (3D нано-принтиране), субтрактивни методи на микропроизводство (фемтосекундна лазерна микромашинна обработка) и конфокални лазерно сканиращи и микроскопски методи за микроинспекция, измерване и анализ на микро обекти, системи и материали. Съчетавайки наличните методи ние имаме възможност да прототипираме, манипулираме, модифицираме и инспектираме много голяма гама от микрообекти, структури и системи.

Успешната реализация на проектното предложение ще придаде достоверност и голяма научна тежест на предложения от нас иновативен теоретичен подход.

Очакваме резултатите от проведените изследвания да бъдат съществен принос в развитието на микрофлуидните системи.

3) Очаквани резултати (чл. 90, ал. 2, т. 1)

• Нови/разширени 3D алгоритми и високопроизводителни реализации за DSMC при сложни геометрии и подвижни/деформируеми повърхности.
• Оригинални 3D резултати за свързано взаимодействие „разреден газ – еластичен елемент“ и референтни случаи с твърди стени (микроканали/каверни).
• Прототипиране и експериментална установка за изследване на разредени газови течения в микрофлуидни системи; сравнение теория–експеримент.
• Планирани научни публикации и представяния (виж по етапи).

4) План и етапи (кратко)

Проектът се изпълнява в два етапа по 18 месеца, с работни пакети:

РП1 Управление на проекта;

РП2 Теоретични изследвания на триизмерни течения на разреден газ с твърди и еластични елементи;

РП3 Прототипиране, калибриране, охарактеризиране и интегриране на комплексни микрофлуидни системи за изследване на разредени газови теченияв микрофлуидни системи;

РП4 Разпространение на резултатите.

5) Постигнати резултати по етапи (чл. 90, ал. 2, т. 2)

Етап 1 (мес. 1–18)

• Ще се попълва/обновява по време на изпълнението.

Етап 2 (мес. 19–36)

• Ще се попълва/обновява след приемане на отчета за Етап 1 и стартиране на Етап 2.

6) Публикации по проекта

1. Няма добавени публикации към момента.

Контакт

Доц. д-р Кирил Стоянов Щерев

Институт по механика – БАН, София 1113, ул. „Акад. Г. Бончев“ бл. 4

http://www.imbm.bas.bg/index.php/bg_BG/kiril-stoyanov-shterev

E-mail: kshterev at imbm.bas.bg