Institutionen för Mekanik Strömningsmekanik Mekanik-biomekanik Rektorspresentation 3/6 2008
Deltagare Dan Henningson, Prefekt Mekanik, Strömningsmekanik Anders Eriksson, Mekanik-Biomekanik Henrik Alfredsson Gustav Amberg Laszlo Fuchs Nicholas Apazidis Lanie Gutierrez-Farewik Jens Fransson 2
Sju forskargrupper på Mekanik Strömningsmekanik Stabilitet, Transition, Kontroll (Dan Henningson) Strömningsfysik (Henrik Alfredsson) Turbulens (Arne Johansson) Fysiokemisk strömningsmekanik (Gustav Amberg) Tillämpad strömningsmekanik (Laszlo Fuchs) Mekanik, inkl biomekanik Strukturmekanik (Anders Eriksson) Teoretisk och tillämpad mekanik (Hanno Essén) 3
4 Personal 94 6 37 4 9 12 16 10 2006 98 8 38 5 9 12 16 10 2005 5 5 3 Gäst/Postdocs 9 10 10 9 9 TA 40 42 46 45 48 Doktorander 5 11 6 12 14 Externa dokt. 105 11 16 10 2004 99 101 99 101 Summa 13 9 7 7 Bitr.lekt/Foass/Forsk/ Adjunkt 16 16 15 14 Lektorer/Adj.Lek. 11 11 11 9 Professorer/Adj.Prof. 2007 2003 2002 2001
Utbildning på grund- och avancerad nivå Undervisning på de flesta Civ. Ing. program KTH Tre områden Mekanik Strömningsmekanik Strukturmekanik Målsättningen Fysikalisk förståelse genom modell begreppet Tillämpa matematiken Visa på tillämpningar Stort laborativt inslag i strömningskurser Ca. 20 examensarbeten per år varav ung. 75% på Mekanik 5
Mastersprogram i Engieering Mechanics Samarbete mellan Mekanik & Hållf Obligatoriska kurser ett urval av kurser i fastkropps mekanik och strömningsmekanik Valfria kurser inriktning fastkropps- eller strömningsmekanik Söktryck I snitt 15 studenter per år. I år kommer ca 50 positiva svar att skickas ut Satsning på östeuropeiska länder undersöks 6
Förändringar i studentantal Studentmedeltal 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Grundläggande mekanik 1744 1496 1504 1442 1371 1403 Högre mekanik kurser 48 72 96 52 48 42 Strömningsmekanik 288 408 352 514 425 363 Strukturmekanik 372 317 262 183 146 133 Σ 2452 2293 2214 2191 1990 1941 Engineering Mechanics 11 8 24 14 15 7
Tre nya forskarskolor Forskarskola i strömningsmekanik inom FLOW samarbete mellan mekanik, MWL och NADA finasiering från VR (7.5 Msek/5år) doktorandkurser inom bl.a. turbulens, akustik, strömningsmekaniska beräkningar, mikroströmning Forskarskola i förbränningsmotorteknik inom CICERO samarbete med Chalmers och LTH finansiering från VINNOVA (10 Msek/4år) Mekanik ansvarig för två kurser Forskarskola i vetenskapligaeräkningar inom KCSE samarbete mellan 5 KTH skolor finansiering från VR (12.5 Msek/5år) Mekaniks beräkningskurser ingår 8
Doktorer och Licentiater vt 2008 Doktorer (3) Marko Hyensjö, jun Yuan Lin, jun Linus Marstorp, jun Licentiater (3) Tobias Strömgren, mar Fredrik Hellström, mar Shervin Bagheri, jun 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 vt 08 PhD 6 4 10 6 7 10 3 3 Lic 8 9 8 8 8 8 6 3 9
Infrastruktur Strömningslaboratorier MTL: låg turbulens vindtunnel Flerfaslaboratorie för pappersprocessteknik (CAPPI) Gasväxling i förbränningsmotorer (CICERO) Dator för simulering av klimat och turbulens 25 Mkr från KAW och SNIC Upphandling pågår, runt 1200 noder med 8 cores 10
Omsättning och resultat 80 000 000 70 000 000 60 000 000 50 000 000 40 000 000 30 000 000 Externa intäkter Fofuanslag Gruanslag 20 000 000 10 000 000 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 5 000 000 4 000 000 3 000 000 2 000 000 1 000 000 0-1 000 000 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008-2 000 000-3 000 000 11
Extern finansiering 18 000 Ytterligare VR dominans! 16 000 14 000 12 000 10 000 8 000 STEM VR STIFTELSER VINNOVA EU EXT. ÖVRIGT 6 000 4 000 2 000 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Finansiär 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 STEM 3 656 3 530 4 566 4 447 3 763 1 905 5531 4920 VR 6 149 6 876 8 617 6 361 5 908 6 967 9746 15325 STIFTELSER 812 562 2 005 2 340 2 198 1 938 1560 1200 VINNOVA 6 000 6 000 6 000 6 000 3 250 0 0 0 EU 731 0 1 533 3 027 5 504 5 804 6049 3638 EXT. ÖVRIGT 8 785 7 908 7 366 7 444 5 150 5 494 1707 3766 Total 26 133 24 876 30 087 29 619 25 773 22 108 24593 28849 12
Framtiden: 10 stycken yngre forskare Jens Fransson, foass, GG yng.forsk., VR proj Luca Brandt, foass, GG yng.forsk., VR proj Fredrik Lundell, VR foass Philipp Schlatter, GG postdoc, VR foass Minh Do-Quang, foass Jenny Brandefelt, Future Faculty foass Shiho Tanaka, VR foass Geert Brethouwer, GG postdoc, VR foass/forskare, GG yf Lanie Gutierrez-Farewik, bitr.lek, GG yng.forsk. Gunnar Tibert, VR foass/forskare 13
Mekanik och biomekanik En av de minsta verksamhetsbaserna: 8 seniorer, en adj.prof, fem doktorander (+två på väg in). Klassisk mekanik, strukturmekanik, biomekanik. Mycket stor undervisningsvolym. Kontakter med brett spektrum av ämnen/program inom KTH: bryggan mellan den teoretiska fysiken och ingenjörstillämpningarna. Forskningen akademiskt inriktad, generiskt ämne av stor betydelse i många sammanhang. Svagare samband med industri. 15
Aktuella forskningsområden Avancerade lastbärande strukturer, för rymden och avancerad arkitektur. Dynamik hos olika mekanismer och strukturer. Biomekanik, muskelarbetets mekanik: fysiologi, stabilitet och kontroll. Mänskliga rörelser kliniskt och i sport. Finit elementmetodik: skalstrukturer, multifysik Kontinuum-mekanik, t ex vågutbredning 16
Key sentences from RAE strategic statement Mechanics is important in development. Nano-concepts demand new aspects of mechanics. Generic knowledge can predict events not yet experienced. Generic knowledge can be packaged in simulation tools. Nature can be partially understood through engineering concepts and methods, but partially is a key word. Biology follows many mechanical laws, and has solved many engineering problems. Nature and engineering will cross-fertilize. We must actively seek applications needing our knowledge. We need to renew without losing what is good. 17
Biomekanik analys och simulering av rörelse Varför rör sig som man gör? Vad har det för påverkan på kroppen? Kan man göra det bättre? 18
Gång Effektivt, optimal energiförbrukning Patients strive to retain this capability even in the presence of severe impairment. As... pathology alter[s] mobility,... patients substitute wherever possible, yield when they must, and accept compensatory reactions... (Jacquelin Perry 1992) 19
crouch gång 20
muskel effekt med fotledsdeformiteter 21
Fluid Mechanics UoA FLOW ledande center i strömningsmekaniskt center i Europa Kombinerar experiment, teori och beräkningar Stor grupp och kunskap inom numerisk simulering Utomordentliga experimentell infrastruktur Forskning av hög vetenskaplig kvalité publiceras i de bästa tidskrifter Stort internationellt samarbete Stor grupp av yngre excellenta forskare Nya områden: Micro/complex fluids, geofysisk/klimat Arrangemang av internationella kvalitets konferenser Starkt industri nätverk genom alumni Diversifierad finansiering (VR, EU, STEM, SSF, Vinnova, Industry) Nyckel medlemmar i KTH centers: FLOW, CICERO, KCSE, CAPPI, PDC, Nordic ERCOFTAC PC 22
Linné FLOW Centre Vision FLOW as an outstanding environment for fundamental research in fluid mechanics, where innovative research is born and future research leaders are fostered Forskning inom grundläggande strömningsmekanik KTH Mechanics, MWL and NA-group 34 doktorander, 12 juniora-, 18 seniora forskare 40 MSEK/år av vilka fem kommer från VR Aktiviteter Doktorand/postdoc-projekt Forskarskola/Sommarprogram Seminarier/Linnébesökare workshops/konferenser 24
High performance computing at Mechanics Third pillar of science in addition to theoretical analysis and laboratory experiments Billions of DOF months of CPU time massively parallel codes & computer systems Resources from SNIC/PDC and KAW New Climate & Turbulence Computer (~9000 cores, operational August, place 30 top 500) Ex: DNS of a turbulent boundary layer on 2 10 9 grid points 27
Stability and transition Non-normality and global modes Wintubine wake instabilities Receptivity experimets and computation Simulation and measurements of bypass transition 28
Flow control and optimization Input-output analysis and model reduction Feedback control using LQG compensators Control off Control on control area 29
Flow control and optimization Natural/Hybrid Laminar Flow Control Control of separation using vortex generators 0.08 0.06 0.04 RAE 2822 design no:0 design no:30 0.02 y/c 0 0.02 0.04 0.06 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 x/c 30
High Reynolds number turbulence and geophysical flows High-Re experiments in the MTLwind tunnel multinational collaboration Ciclope high Reynolds number turbulent pipe flow multinational consortium (exp. in Italy) 31
High Reynolds number turbulence and geophysical flows Development of sub-grid-scale models for LES DNS of combustion in a turbulent wall-jet Scalar transport and combustion Studies of rotating/stratified turbulent flows atmospheric applications Ice-age climate simulations 32
Micro- and complex fluids Interface tracking methods for complex flows Experiments and simulations of flow with fibres 33
Micro- and complex fluids Generic liquid phase sintering Dropplets and bubble dynamics 35
Applied Fluid Mechanics Flow in valves and manifolds Flow in a turbo-charger spray injection 36
Flödeskontroll TELFONA Turbulent jamboree 37
Flödeskontroll 38
TELFONA EU projekt Airbus TELFONA (TEsting for Laminar Flow On New Aircraft) är ett europeiskt projekt med 15 samarbetspartners i totalt 8 länder. KTH Mekanik bidrar dels med experiment som görs i KTHs lågturbulensvindtunnel, dels med numeriska receptivitetsberäkningar för att utröna hur störningar i gränskiktet påverkar omslag från laminär till turbulent strömning. Projektet syftar till att minska bränsleförbrukningen på nästa generations kommersiella plan. 39
Turbulent jamboree 3 jamborees during 2008 40
Framtidsvisioner Norra Europas bästa Teknisk Mekanik labmiljö (del av satsning på infrastruktur i Stockolm) Ordentlig KTH satsning på beräkningsinfrastruktur Fortsatt satsning på FLOW som norra Europas bästa strömningsmiljö Biomekanik (samverkan med medicinare) Expansion genom satsning på energi och klimat 41