Modeller av småskaliga effekter

Professor Anna-Karin Tornberg får anslag av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, till en postdoktoral tjänst för att rekrytera en forskare från utlandet till Institutionen för matematik, KTH, Stockholm.

Syftet med projektet är att vidare utveckla numeriska metoder för att bättre simulera gas och vätskeflöden. Ofta påverkas flödet i stort av små detaljer på ytor eller av finstrukturen hos material som vätskan eller gasen kommer i kontakt med.

Exempel på sådana effekter är hur hajens skinn eller lotusblommans blad påverkar vattenflödet genom sin mikroskopiska uppbyggnad. Med inspiration från naturen har ingenjörer och forskare utformat ytor på flygplan, båtar och tåg för att minska friktion och därmed även energiåtgång. Ett annat exempel är markens småskaliga struktur som är avgörande för att regnvattnet ska rinna bort vid översvämningar. Följaktligen används porösa material i tillverkningsindustrin för kontroll av gas och vätskeflöden exempelvis för filtrering, kylning och katalytisk avgasrening.

För att öka förståelsen för de olika processerna och skapa grund för teknisk utveckling krävs datorsimuleringar. Men när de småskaliga detaljerna ska representeras i mycket större skala blir de ofta svåra att simulera vilket kan leda till ohanterligt långa beräkningstider. Därför behöver de småskaliga detaljerna ersättas med en förenklad modell som i slutändan fortfarande ger den korrekta effekten av mikroskalorna i datorsimuleringen.

De förenklade modeller som ska utvecklas inom projektet gäller främst två sorters flöden. Den ena gäller flöden över grova ytor, den andra beskriver strömning över en porös yta, där vätskan också tränger in i materialet.