Porušování betonu: přístup na mezo úrovni
Výzva: 29. Veřejná grantová soutěž; OPEN-29-13
Hlavní řešitel: Petr Miarka
Instituce: Ústav fyziky materiálů Akademie věd České republiky
Oblast: inženýrství
Ilustrace heterogenní struktury betonu se zohledněním různé velikosti kameniva a pórů včetně 3D numerického modelu.
Porušování betonu je komplexní mechanismus, který je ovlivněn jeho vnitřní vysoce heterogenní strukturou: matrice/cementová pasta, kamenivo a póry. Kamenivo a cementová pasta nepředstavují dokonalé spojení a toto rozhraní bývá považováno za nejslabší článek materiálu. Toto často vede k omezením v praktických aplikacích. V betonech, které jako pojivo využívají portlandský cement, je chování tohoto materiálového rozhraní poměrně široce prostudováno. V poslední době se materiálová věda věnuje návrhu bezcementových betonů, které mají nižší uhlíkovou stopu než cement. Nicméně mechanismy porušení těchto moderních materiálů mohou být a bývají zcela odlišné od klasických betonů.
Získaný výpočetní čas na superpočítači Barbora v IT4Innovations je využíván k sestavování komplexních numerických modelů, které detailně zohledňují právě přirozenou heterogenitu betonu a získané výsledky pak pomohou vysvětlit procesy vzniku porušení na rozhraní pasta/kamenivo či definovat roli pórů během porušování materiálu ať už statickým či cyklickým zatížením. Pochopení příčin a rozvoje porušení může urychlit použití těchto alternativních pojiv v praxi.
PROP
Výzva: 25. Veřejná grantová soutěž; OPEN-25-36
Hlavní řešitel: Aleš Prachař
Instituce: Výzkumný a zkušební letecký ústav
Oblast: Inženýrství
Projekt PROP je zaměřen na studium účinku proudění za vrtulí na aerodynamické vlastnosti křídla a jeho částí pomocí pokročilých CFD simulací s cílem návrhu křídla s vysokou účinností. S potřebou plnit požadavky na snižování spotřeby paliva a emisí a zvyšování účinnosti se stává stále atraktivnější využití vrtulových letadel s motory umístěnými na křídlech, s využitím technologie laminárního křídla. Proto je třeba rozšířit znalosti o vzájemné interakci vrtule a křídla, což zahrnuje pochopení nestacionárních jevů a jejich účinků na křídlo, závislost parametrů jako poloha vrtule vzhledem ke křídlu. Pro podmínky nízkých rychlostí pak vliv vrtulového proudu na zvýšenou účinnost vztlakové mechanizace křídla.
Simulace proudění tekutin ve složitých výpočetních oblastech
Výzva: 23. Veřejná grantová soutěž; OPEN-23-35
Hlavní řešitel: Kryštof Mráz
Instituce: Vysoké učení technické v Brně
Oblast: Inženýrství
Porézní struktury a výrobky se složitou vnitřní geometrií jsou stále považovány za nelehkou výzvu pro klasické výpočetní modelování. Tepelné výměníky vyrobené z polymerních dutých vláken mohou být rovněž považovány za porézní struktury, protože se běžně skládají ze stovek až tisíců dutých vláken o vnějším průměru přibližně 1 mm. Nicméně důkladná numerická simulace celého tepelného výměníku je velmi žádaná, protože by zaplnila mezeru mezi zjednodušenými analytickými modely a empirickými experimenty. Cílem tohoto projektu je využít tzv. Lattice Boltzmannovu metodu pro numerickou simulaci proudění a přenosu tepla skrze výměník z dutých vláken. Tato metoda je unikátní tím, že je založena na statistické fyzice molekulárního pohybu v plynech. Důležitý aspekt této metody je také vhodnost pro náročné paralelní výpočty.
Validace exascale demonstrátorů
Výzva: 21. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: Tomáš Karásek
Instituce: IT4Innovations, VŠB-TUO
Oblast: Inženýrství
Řešený projekt je součástí tříletého projektu ExaQUte, který vyvíjí nové metody umožňující řešení komplexních inženýrských problémů pomocí numerických simulací s využitím budoucích Exascale systémů. Cílem je vytvořit platformu umožňující kvantifikaci neurčitosti (Uncertainty Quantification, UQ) a optimalizaci s uvážením nejistot (Optimization Under Uncertainties, OUU) při řešení komplexních inženýrských problémů.
Řešení úloh UQ a OUU se opírají o odhad neznámých veličin na základě provedení mnoha nezávislých simulací pro různé scénáře. K provedení těchto analýz je však zapotřebí mnoho výpočetních zdrojů. Nezávislé vzorkování nicméně umožňuje vysokou paralelizaci analýz s cílem efektivního využití výkonu superpočítačů.
Metody a nástroje vyvinuté v rámci projektu ExaQUte budou použitelné v mnoha oblastech vědy a techniky. Aplikace vybraná jako demonstrátor se zaměřuje na větrné inženýrství, pro které v současné době neexistuje žádné spolehlivé řešení. Vyvíjené řešení zahrnuje kvantifikaci neurčitosti v odezvě stavebních konstrukcí na působení větru a tvarovou optimalizaci zohledňující nejistoty související se zatížením větrem, tvarem konstrukce a chováním materiálu. Vítr hraje také důležitou roli při posuzování komfortu občanů, zejména pokud se mají realizovat rozsáhlé stavby (např. přestavba městských oblastí, výstavba výškových budov) – výstupy projektu jsou tak ve veřejném zájmu.
FLUIDIZAČNÍ REŽIMY VE FLUIDNÍM POTAHOVACÍM ZAŘÍZENÍ WURSTER
Výzva: 15. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: Ing. Jiří Kolář
Instituce: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
Oblast: Inženýrství
Pro potahování malých tablet se ve farmacii nejčastěji využívá fluidní potahovací zařízení typu Wurster. S jeho pomocí se na tablety nanáší různé vrstvy s rozličnými funkcemi. Některé vrstvy mohou obsahovat například aktivní farmaceutickou složku (AFS), jiné zase chrání AFS před rozkladem nebo prodlužují účinek léčiva. Při potahování tablet je však obtížné nastavit provozní parametry tak, aby byl získán produkt ve farmaceutické kvalitě. Cílem projektu Jiřího Koláře z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze, jenž získal téměř 3 miliony jádrohodin, je analyzovat závislost fluidizačních režimů na nastavení provozních parametrů zařízení Wurster, a to pomocí výpočetně náročných simulací. Následně se pokusí najít optimální zjednodušení tohoto modelu, který by pomohl urychlit a snížit náklady na vývoj léků.
OPTIMALIZACE ROTAČNÍCH STROJŮ POMOCÍ VÝPOČETNÍ DYNAMIKY TEKUTIN
Výzva: 14. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: Mgr. Tomáš Krátký
Instituce: Univerzita Palackého v Olomouci
Oblast: Inženýrství
Tomáš Krátký z Univerzity Palackého v Olomouci získal půl milionu jádrohodin na vývoj plně automatizovaného modelu pro CFD simulace rotačních strojů. Tento nový model bude založený výhradně na open-source softwaru (OpenFOAM, Python) a umožní konstruktérům optimalizovat tvary rotačních strojů pro nejlepší možný hydraulický výkon. Získají tak lepší návrhy rotačních strojů za kratší čas. Nový výpočetní postup bude využit při návrhu čerpadla, které by svými výkonnostními parametry mělo předčit ty momentálně používané. Výzkumné a vývojové práce v oblasti numerických simulací pro optimalizace tvarů jsou klíčové pro společnosti vyrábějící čerpadla a turbíny. Firmy mohou díky rychlejšímu a levnějšímu výpočetnímu postupu pro hydraulické návrhy zefektivnit přizpůsobování výrobků přesně na míru zákazníkům.
CENTRUM VÝZKUMU NÍZKOUHLÍKOVÝCH ENERGETICKÝCH TECHNOLOGIÍ
Výzva: 13. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: Ing. Jan Boháček, Ph.D.
Instituce: Vysoké učení technické v Brně
Oblast: Inženýrství
Projekt Ing. Jana Boháčka, Ph.D. z Vysokého učení technického v Brně, který se podílí na řešení pětiletého projektu Centrum výzkumu nízkouhlíkových energetických technologií (CVNET, CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_019/0000753) podpořeného Operačním programem Výzkum, Vývoj a Vzdělávání, získal téměř 1 milion jádrohodin. Laboratoř přenosu tepla a proudění na VUT v Brně se již 10 let zabývá vývojem moderních tepelných výměníků s dutými polymerními mikrovlákny. Výhodou použití plastových dutých vláken ve výměnících je flexibilita vláken, nízká cena a chemická odolnost. Tzv. plastové výměníky jsou ideální například pro vytápění, klimatizaci a pro aplikace s využitím odpadního nízko potenciálního tepla. Přidělený výpočetní čas využijí vědci z VUT v Brně na vývoj polymerních výměníků tepla, konkrétně na detailní simulace přenosu tepla. Budou analyzovat různé faktory, které ovlivňují přenos tepla v polymerních dutých mikrovláknech (průměry, délky a rozteče vláken).
INTA
Výzva: 11. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: Ing. Petr Vrchota, Ph.D.
Instituce: Výzkumný a zkušební letecký ústav
Oblast: Inženýrství
Návrh nových regionálních letadel a dopravních letounů je ovlivněn především ekonomickými a ekologickými faktory. Jednotlivé části letadel jsou optimalizovány například z hlediska aerodynamické účinnosti, spotřeby paliva a emisí. Další možností snížení aerodynamického odporu a úspory paliva jsou optimalizované integrované komunikační antény. Antény obvykle tzv. vyčnívají a přispívají k celkovému odporu letadla. Projekt „IntA“ Dr. Petra Vrchoty z Výzkumného a zkušebního leteckého ústavu získal 200 000 jádrohodin. Projekt IntA se zaměřuje na návrh křídla letadla s integrovanou anténou, čímž by mělo dojít ke zlepšení letových výkonů a aerodynamické účinnosti celého letounu, snížení spotřeby paliva a ovlivnění dopadů na životní prostředí. Cílem projektu je snížit aerodynamický odpor letadla pomocí integrované antény až o 2 %.