Titel Promotor Affiliaties "Korte inhoud" "Bevordering van het koken door het textureren van oppervlakken" "Maria Rosaria Vetrano" "Toegepaste Mechanica en Energieconversie (TME), Maakprocessen en -Systemen (MaPS), Univerza v Ljubljani" "Het ontwerp van efficiënte koel-verwarmingsapparaten is een cruciale taak in verschillende toepassingen, zoals micro-elektronica en ruimtevaarttechniek. De efficiëntie van deze koelverwarmingssystemen heeft invloed op ons milieu en het energieverbruik van apparaten die we in ons dagelijks leven gebruiken. Hoewel er al tientallen jaren nieuwe koeltechnologieën zijn ontwikkeld, gaat het gebruik van apparaten met een hoge vermogensdichtheid en toekomstige miniaturisatie van mechanische en elektronische componenten nog steeds gepaard met een gebrek aan efficiënte warmtedissipatiemethoden, wat leidt tot een enorm technologisch knelpunt. Daarom is inzicht in de transportverschijnselen die betrokken zijn bij warmteoverdracht en hun verbetering nodig om verdere technologische stappen richting miniaturisatie mogelijk te maken. In dit kader zullen twee KU Leuven-teams (HMT en MaPS) en één team van de Universiteit van Ljubljana (FME) met complementaire expertise en kennis samenwerken om de fundamentele afhankelijkheid van eigenschappen van kokende warmteoverdracht op micro- en nanotexturen te onderzoeken. Door onderzoek op macro-, micro- en nanoschaal met elkaar te koppelen, willen we nieuwe fundamenten leggen voor de ontwikkeling van gestructureerde oppervlakken die speciaal zijn ontworpen om de warmteoverdracht door koken te verbeteren, terwijl de oppervlaktetemperaturen en oppervlaktetemperatuurverdelingen binnen een nauwkeurig gedefinieerd en smal bereik worden gehouden." "Computationele modellering van thermo-elastohydrodynamische gesmeerde contacten" "Bert Pluymers" "Mecha(tro)nische SysteemDynamica (LMSD), Vrije Universiteit Brussel, Universiteit Gent" "De beoogde modellen omvatten (i) gedetailleerde 3D CFD-FSI-modellering en simulatie van de TEHL-contacten (UGent), (ii) afgeleide metamodellen voor het in kaart brengen van de respons van TEHL-contact onder dynamische bedrijfsomstandigheden (UGent) en (iii) Efficiënt flexibel Meerlichaamsmodellen, waarin TEHL-metamodellen en nieuwe gereduceerde-ordemodellen voor de grootschalige vervorming zijn opgenomen, met het doel om NVH (KU Levuen) te beoordelen." """Fluid-structure-growth"" modellering van aorta-veroudering in de mens: biomechanische en hemodynamische gevolgen van elastine degradatie" "Nele Famaey" "Biomechanica (BMe), Universiteit Gent" "Het doel van dit onderzoeksproject is het bouwen van een zogenaamd fluid-solid-growth computermodel van de menselijke aorta waarmee we de gevolgen van dit verouderingsproces op de mechanische spanningen en rek van de aortawand kunnen voorspellen, en hoe dit de bloeddruk en de bloedstroom beïnvloedt ." "Een tomografisch Particle Image Velocimetry (PIV) systeem voor snelheidsmetingen in vloeistof- en gasstromingen" "Maarten Vanierschot" "Mecha(tro)nische SysteemDynamica (LMSD), Procestechnologie voor Duurzame Systemen (ProcESS), Mechatronica, Biostatistiek en Sensoren (MeBioS), Cardiale Heelkunde, Maakprocessen en -Systemen (MaPS), Bouwfysica en Duurzaam Bouwen, Toegepaste Mechanica en Energieconversie (TME)" "Experimentele stromingsmechanica is momenteel nogsteeds onmisbaar voor de studie van verscheidene soortenvloeistofstromingen en bijbehorende massa- enwarmteoverdracht. Accurate numerieke modellen voor demeeste van deze stromingen vereisen nog steeds teveelrekenkracht, vooral voor 3D turbulente(meerfase)stromingen, die in vele technische toepassingenvoorkomen (gaande van (aero)akoestiek, verbranding(smotoren), aerodynamica tot voedselverwerking ofchemische reactoren). Om deze stromingen te bestuderenvoor optimalisatie of om nauwkeurige numerieke modellenop te stellen om hun gedrag te beschrijven, is informatienodig zoals het snelheids- of drukveld. Een geschiktetechniek om relevante informatie te verkrijgen over hetsnelheidsveld en de bijbehorende coherente structuren isParticle Image Velocimetry (PIV), waarvan de klassiekemanier 2 of 3 snelheidscomponenten meet in een 2Dmeetvlak. Met tomografische PIV kan men hetstromingsveld in een 3D volume op hetzelfde momentmeten, waardoor het mogelijk wordt om volledige 3Dinstantane ruimtelijke structuren te bestuderen. Vandaardat tomografische PIV momenteel de state-of-the-art is inde stromingsmechanica en met dit systeem worden deanalysecapaciteiten in vergelijking met standaard PIVenorm verhoogd. Daarom wil dit project financiering vragenvoor de aanschaf van een dergelijk systeem, om deleidende positie van de aanvragers in hun onderzoek rondstromingsmechanica of aero-akoestiek te behouden of teversterken." "Geïntegreerde fotoakoestische en fotothermische microscopie: naar contactloze, niet-invasieve en multi-parametrische beoordeling van celmechanica" "Christ Glorieux" "Fysica van Zachte Materie en Biofysica" "Mechanische krachten werken elke dag op ons. Zelfs de eenvoudigste fysiologische functies, zoals ademhaling en bloedsomloop, vereisen het genereren van krachten. Evenzo worden biologische cellen als bouwstenen van het leven voortdurend onderworpen aan mechanische krachten, bijvoorbeeld spanning, afschuiving en compressie. Ze kunnen die krachten voelen en ze omzetten in biologische reacties om normale functies uit te voeren. In het afgelopen decennium zijn studies naar de mechanica van cellen snel gegroeid met aanzienlijke implicaties voor de biotechnologie en de menselijke gezondheid. Cel- en nucleaire verzachting zijn bijvoorbeeld in verband gebracht met DNA-schade, kankerinvasie en tumor-maligniteit. Deze vooruitgang is grotendeels mogelijk gemaakt door nieuwe mogelijkheden voor mechanische beoordeling op het eencellige niveau.Dit project beoogt baanbrekende inspanningen om een fotoakoestisch en fotothermisch microscopieplatform op te zetten voor contactloze, niet-invasieve en multiparametrische studie van celmechanica. We voorzien een groot potentieel om onze huidige kennis over celreologie en het verband met celstructuurbiologie te verbeteren. Deze doorbraken zullen bovendien nieuwe paradigma's openen voor mechanisch geïnformeerde ziektediagnose en testen van de werkzaamheid van geneesmiddelen. In dat opzicht beoogt dit project ook de ontwikkeling van lab-on-chip instrumenten voor ziektediagnose door het ontwikkelde platform te koppelen aan microfluïdica-technologie." "Ontwikkeling van een CFD tool en bijhorende experimentele validatietechnieken voor vloeibare slibbodems die verstoord worden door bewegende objecten." "Erik Toorman" "Hydraulica en Geotechniek, Universiteit Gent" "Het doel van dit project is om een numerieke methode te ontwikkelen om de interactie tussen water, modder en een bewegend object te berekenen, wat in dergelijke gevallen zal leiden tot een beter begrip van de fysieke realiteit." "Ductiele en brosse breukanalyse van pijplijnstaal gebruikmakende van geavanceerde dynamische trek- en afschuiftest methodologie." "Reza Talemi" "Structurele Materialen (SCALINT)" "Een breuk in een hogedruk gaspijpleiding kan catastrofale gevolgen hebben met zowel economische verliezen alsook een grote impact op het milieu. Om structurele integriteit gedurende meerdere decennia te verzekeren worden materialen voor dit type leidingen uitgebreid getest om het breukgedrag te analyseren. Gestandaardiseerde testen zoals de Charpy V-Notch (CVN) en de Drop Weight Tear Test (DWTT) zijn veruit het meest gekend en het meest toegepast in de industrie. Deze testen werden echter geïntroduceerd voordat hoogsterktestaal werd gebruikt voor de constructie van pijpleidingen. Bovendien is de correlatie tussen deze testen en pijpleidingen uitsluitend gebaseerd op empirische relaties met de database van grootschalige breuktesten. Daarom is er een toenemende vraag naar het karakteriseren van pijpleidingmateriaal met breuktesten die de omstandigheden van een leidingbreuk nabootsen.In deze studie werd de Dynamic Tensile Tear Test (DT3) onderzocht als een alternatieve breuktest op laboratoriumschaal. De voorgestelde methodologie past een dynamische trekbelasting toe om een plaatvormig proefstuk te breken. De experimentele opstelling werd gebruikt om het breukgedrag van een hoogwaardig pijpleidingstaal X70 te analyseren. Er werd een testcampagne uitgevoerd, gericht op de karakterisering van het breukgedrag in het ductiele, brosse en transitiegebied. Om experimenten uit te voeren in deze gebieden, vereiste nieuwe experimentele ontwikkelingen:• Ductiel gebied: Om gedetailleerde informatie over het dynamische breukgedrag te verkrijgen alsook de vorming van het fenomeen Crack Tip Flipping (CTF) te observeren, was de implentatie van een set hogesnelheidscamera's nodig. Door middel van hogesnelheidsstereografische Digital Image Correlation (DIC) kon het mechanisme van CTF worden onderzocht.• Bros- en transitiegebied: Een Spray Cooling systeem werd ontwikkeld om testen in het brosse gebied mogelijk te maken. Lage temperaturen konden worden bereikt door gebruik te maken van de latente warmte van vloeibare stikstof. De koelsnelheid en temperatuuruniformiteit werden geanalyseerd voordat ze in het DT3-systeem werden geïntegreerd. Het geïntegreerde koelsysteem maakte het mogelijk om experimenten uit te voeren bij elke gegeven doeltemperatuur in het bros gebied en het transitiegebied.Analyse van de verkregen experimentale data maakte het mogelijk om het transitiegedrag van ductiel naar bros te karakteriseren alsook de overgangstemperatuur (DBTT) te schatten. Er werd een vergelijking uitgevoerd met impact-gebasseerde CVN- en DWTT-experimenten, wat wees op een goede benadering met behulp van de nieuwe voorgestelde methodologie zonder dat er empirische relaties of extra correctiefactoren nodig waren. Ter ondersteuning van de experimentele data, werden alle verkregen breukoppervlakken onderzocht met behulp van 3D-beeldvorming en elektronenmicroscopie (SEM). Deze beeldvormingstechnieken gaven extra inzicht in het breukgedrag en de vorming van Arrowhead Markings (AHMs).Aanvullend op het experimentele werk werden numerieke modellen gemaakt om de experimentele waarnemingen te valideren. Ductiel en bros faalgedrag werden gesimuleerd met behulp van Eindige Elementen (FE) analyse via implementatie van geavanceerde schademodellen zoals het Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) model en het Modified Bai-Wierzbicki (MBW) schademodel. De numerieke modellen waren in staat om hetzelfde breukgedrag te reproduceren als waargenomen tijdens de DT3-experimenten. Tenslotte werd een nieuw Hybrid Fluid-Structure (HFS) framework ontwikkeld om de breukpropagatie te analyseren in grootschalige pijpleiding breuken.De resultaten in dit onderzoek maken het mogelijk om het breukgedrag van pijpleidingstaal te karakteriseren in het ductiel gebied, het transitiegebied en het brosse gebied met behulp van het DT3-systeem. Op basis van de verkregen resultaten blijkt dat de DT3-opstelling, als een niet-gestandaardiseerde testmethode, potentieel heeft om beschouwd te worden als een alternatieve test op laboratoriumschaal zonder de noodzaak van empirische relaties. Dit kan cruciaal zijn voor toekomstige constructie van pijpleidingen, aangezien de empirische relaties voor conventionele testen gebaseerd zijn op een database van grootschalige testen met staalsoorten tot X65. Bijgevolg zou de DT3-methode een oplossing kunnen bieden voor materiaalkarakterisering van hoogsterkte staal en voorspelling van de DBTT voordat er wordt overgegaan tot grootschalige testen." "Innovatieve hybride neutralenmodellen voor de plasmarandmodellering in kernfusiereactoren" "Tine Baelmans" "Afdeling Toegepaste Mechanica en Energieconversie, Afdeling NUMA, Numerieke Analyse en Toegepaste Wiskunde" "Plasmarandsimulaties worden veelvuldig gebruikt voor de ontwikkeling van operationele scenario's van bestaande en toekomstige kernfusiemachines die gebaseerd zijn op magnetische opsluiting. Daarnaast worden ze ook aangewend voor het ontwerp van toekomstige reactoren. Navier-Stokesachtige fluïdumvergelijkingen beschrijven gewoonlijk de plasmadeeltjes. Voor de neutrale atomen en moleculen gebruikt men meestal een Monte Carlo simulatie van de kinetische vergelijking met bijvoorbeeld de EIRENE code [1].Dit doctoraat gaat volledig over modellen voor de neutrale deeltjes. Het is immers zo dat de Monte Carlo berekeningen zeer duur worden voor gevallen met heel veel botsingen. Daarnaast zorgt de statistische ruis voor moeilijkheden bij de convergentie van de gekoppelde simulaties met fluïdum plasma en kinetische neutralen. Dit is vooral problematisch voor ITER en DEMO simulaties, omdat deze reactoren ontworpen zijn om te werken in het zogenaamde detached regime. Doordat er een grote toename is van de interacties tussen ionen en neutralen zorgt dit voor een aanzienlijke verlaging van de warmtebelasting op de divertorplaten. De ladingsuitwisselende botsingen tussen ionen en atomen van waterstofisotopen spelen hierbij een zeer belangrijke rol.Het groot aantal ladingsuitwisselende botsingen zorgt er wel voor dat de deeltjessnelheidsverdeling van de waterstofatomen die van de ionen gaat aannemen. Dit wil zeggen dat ook de neutralen de fluïdumlimiet gaan benaderen in bepaalde gebieden van de plasmarand. Het eerste deel van dit doctoraat gaat over de ontwikkeling van geschikte fluïdummodellen voor deuteriumatomen, vertrekkende van de kinetische beschrijving. Zo leidt dit tot transportcoëfficiënten die consistent zijn met de onderliggende microscopische reacties. Daarnaast spelen de randvoorwaarden een zeer belangrijke rol. Deze worden dan ook zorgvuldig afgeleid van de microscopische reflectiemodellen. Dit gebeurt door een schatting te maken van de snelheidsdistributie aan de rand en hieruit dan macroscopische fluxen af te leiden.De evaluatie van de fluïdummodellen gebeurt op basis van een vergelijking van de resulterende plasmabronnen met de Monte Carlo oplossing van de kinetische vergelijking. We doen dit voor een vast achtergrondplasma dat typisch is voor een detached ITER scenario. Het eerste fluïdummodel is een eenvoudige drukdiffusievergelijking met de aanname dat de ionen en neutralen dezelfde temperatuur hebben. Dit model geeft alleen accurate resultaten voor de deeltjesbron met een maximale fout van 28% tegen de divertorplaat en fouten kleiner dan 10% verder weg in de plasmarand. De resultaten voor de parallelle momentum- en ionenenergiebron zijn wel volledig fout. Om het model te verbeteren voegen we een parallelle momentumvergelijking toe voor het tweede model. Dit geeft maximale fouten van 10% en 30% voor respectievelijk de momentum- en energiebron in de magnetische fluxbuis waar de pieken van de momentum- en energiebron zich bevinden. Ten slotte veronderstellen we een verschillende ionen- en neutralentemperatuur. De neutralentemperatuur volgt dan uit een aparte energievergelijking. Dit leidt tot een verdere afname van de fouten op de momentum- en energiebron tot respectievelijk 6% en 14%. Dit zijn sterke verbeteringen ten opzichte van de vorige fluïdum neutralenmodellen uit de literatuur. De grootste verbetering komt voort uit de randvoorwaarden. Het blijkt dat de modelleringsfout van dezelfde ordegrootte is als de discretisatiefout.Het tweede deel van de thesis focust op de ontwikkeling van een hybride fluïdum-kinetisch neutralenmodel volgend uit de micro-macro decompositie van de kinetische vergelijking [2]. We hergebruiken hier de zuivere fluïdummodellen (macro modellen), maar er verschijnen kinetische correcties om de benaderingsfouten van de fluïdummodellen te elimineren. Deze kinetische correcties worden geschat met een Monte Carlo simulatie van de micro vergelijking. Het doel is om de statistische fout te verminderen in vergelijking met een Monte Carlo simulatie van de volledig kinetische vergelijking voor dezelfde simulatietijd zonder een significant verlies aan accuraatheid.We testen deze hybride methode voor een high recycling slab case. Het hybride model met drukdiffusievergelijking reduceert enkel de statistische fout op de deeltjesbron met ongeveer een factor 1.6. Toevoeging van de parallelle momentumvergelijking leidt tot een reductie van ongeveer een factor 1.9 voor de deeltjesbron en bovendien ook een factor 3.3 voor de parallelle momentumbron. De statistische fout op de ionenenergiebron neemt wel niet af. Ten slotte zorgt de energievergelijking voor nog grotere reducties, namelijk ongeveer een factor 2.3, 5.3 en 4.9 voor respectievelijk de deeltjes-, momentum- en energiebron. Hierbij vermelden we ook dat het kwadraat van deze factoren overeenstemt met het aantal keer dat de hybride simulaties sneller zijn in vergelijking met de volledig kinetische Monte Carlo simulatie voor dezelfde statistische fout op één bepaalde bron.[1] Reiter et al., Fusion Science and Technology 47 (2005) 172-186.[2] Crestetto et al., Kinetic and Related Models 5 (2012) 787-816." "Ontwikkeling van technieken om de interactie tussen luchtstralen en een flexibel en pluizig garen te simuleren" "Joris Degroote" "Vakgroep Materialen, Textiel en Chemische Proceskunde, Vakgroep Elektromechanica, Systeem- en Metaalengineering" "Op dit ogenblik verbruikt de textielindustrie veel energie omdat vaak perslucht aangewend wordt. In deze sector komt interactie tussen luchtstralen en een garen frequent voor, maar deze interactie wordt nog niet goed begrepen. De huidige simulatietechnieken zijn echter te vereenvoudigd om deze interactie betrouwbaar weer te geven. De bestaande technieken vereenvoudigen meestal de stroming of gebruiken globale coëfficiënten om krachten op het garen te berekenen en/of stellen het garen voor als een gladde cilinder en verwaarlozen het pluizig oppervlak. Daarom is het doel van dit onderzoek om nieuwe simulatietechnieken te ontwikkelen die zullen toestaan om de interactie tussen luchtstralen en een pluizig garen te begrijpen en op die manier het energieverbruik van de machines in de textielindustrie te verminderen. In het eerste werkpakket ligt de focus op het in rekening brengen van het pluizige oppervlak van een garen in computationele stromingsmechanica. Dit vereist nieuwe multischaal technieken voor de luchtstroming. Het tweede werkpakket focust op het structurele gedrag van een garen met als doel het ontwikkelen van een eenvoudig macroschaal model berustend op balkentheorie, waarbij de stijfheden en constitutionele wetten afgeleid worden uit microschaal simulaties. Het derde werkpakket tracht bovengenoemde modellen samen te brengen in fluïdum-structuurinteractie berekeningen met als doel om een deel van een gareninsertie te kunnen simuleren." "CO2-conversie in een microgolf plasma: een studie naar de onderliggende mechanismen d.m.v. computationeel en experimenteel onderzoek." "Annemie Bogaerts" "Plasma Lab voor toepassingen in duurzaamheid en geneeskunde - Antwerpen (PLASMANT)" "Klimaatopwarming wordt gezien als een van de belangrijkste bedreigingen voor de mensheid. Het is daarom van cruciaal belang om nu actie te ondernemen. Een van de zaken die de strijd tegen klimaatopwarming kan helpen is het voorkomen van de productie en uitstoot (naar de atmosfeer) van CO2. De creatie van een gesloten kringloop van CO2 kan hierbij van cruciaal belang zijn. Hierbij kan men CO2 opvangen en recycleren tot producten van toegevoegde waarde, zoals industriële chemicaliën of brandstoffen. Een manier om tot deze kringloop te komen is d.m.v. plasma, een geïoniseerd gas. Hierop zal mijn project zich focussen: de conversie van CO2 in aanwezigheid van H2O in een microgolfplasma. H2O is een veelvoorkomende moleculen, maar desondanks bestaat er geen model voor CO2/H2O. Voordat echter een goed geoptimaliseerd systeem verkregen kan worden, moeten de onderliggende mechanismen onderzocht worden en dus ook alle bijhorende processen. De beste aanpak hiervoor is een combinatie van modelleren en experimenten. Hiervoor zal ik ook twee computermodellen opstellen: een model gebaseerd op chemische kinetiek (0D) en een tweede op fluïde dynamica (2D). Als tweede luik, zal ik experimenten doen in de UMONS en DIFFER. Uit de verkregen resultaten kunnen inzichten worden gehaald die dan zullen leiden tot verbeterde kennis over het systeem en dus ook een geoptimaliseerde conversie en efficiëntie."