Proučevanje prenosa toplote v dvofaznih tokovih plin-kapljevina je živahno področje raziskav, ki je zelo zanimivo tako za modeliranje kot tudi eksperimentalno proučevanje fizikalnih pojavov. Zaradi visoke učinkovitosti prenosa toplote pri vrenju je uporabna vrednost tovrstnih raziskav velika tako za hlajenje toplotno najbolj obremenjenih komponent trenutnih fisijskih jedrskih elektrarn kot tudi bodočih fuzijskih elektrarn.
Pretekle raziskave so razvile številne numerične metode in modele za natančno simulacijo turbulentnih enofaznih tokov. Z napredkom v dinamiki tekočin in zmogljivostjo superračunalnikov se raziskave zdaj usmerjajo v kompleksnejše večfazne pojave, ki obsegajo tudi vrenje v različnih režimih vključno s kritičnim toplotnim tokom in krizo vrenja. V slednjem je potrebno dobro razumevanje dinamike mehurčkov, ker je njihova gostota zelo velika in pride do intenzivnih medsebojnih interakcij, tj. združevanja mehurčkov (koalescenca), ter tudi interakcij s turbulentnih tokom, ki povzroča razpadanje mehurčkov. Modeliranje tovrstnih tokov je velik izziv že desetletja in predstavlja velik del raziskav mehanike tekočin danes.
Mladi raziskovalec bo preučeval dinamiko dvofaznih tokov, interakcije med mehurčki in vpliv prenosa toplote na njihovo obnašanje. Raziskave bo izvajal s pomočjo naprednih računalniških simulacij (računska dinamika tekočin – CFD) na zmogljivih računalniških gručah ter z najsodobnejšimi eksperimentalnimi merilnimi tehnikami. Te vključujejo hitrotekoče kamere v vidnem in infrardečem (IR) spektru ter neintruzivne meritve hitrosti tekočin z metodo sledenja delcev (Particle Image Velocimetry – PIV). Naša skupina je nedavno razvila inovativno metodo za neintruzivno merjenje hitrosti tudi v plinski fazi dvofaznih tokov. Ta metoda omogoča vpogled v do zdaj nedostopno dinamiko mehurčkov in bo raziskovalcu služila tako za vizualizacijo kot za validacijo numeričnih simulacij. Njena uporabnost bo preizkušena pri različnih tokovnih režimih, od čepastega do mehurčkastega izotermnega toka.
Simuliranje dvofaznih tokov v izotermnih pogojih zgolj s temeljnimi enačbami mehanike tekočin na nivoju kontinuma ni zadostno. Potrebno je dodatno modeliranje, ki bolje opisuje združevanje in razpadanje mehurčkov. V numeričnih simulacijah bomo izhajali iz izotermnega dvofaznega toka, vendar bomo poskušali poustvariti tudi pogoje vrenja, kjer pride do intenzivnih interakcij med mehurčki. Dolgoročni cilj raziskav je izboljšati razumevanje kompleksne dinamike dvofaznih tokov pri različnih režimih vrenja ter prispevati k razvoju natančnejših modelov za simulacijo večfaznih tokov.
