Cálculos multifísicos a gran escala

Modelización inteligente multifásica en microsistemas IM³

Investigador principal

Pavel Ryzhakov

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Visión general

Investigación

Miembros

Proyectos

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El grupo IM³ impulsa la investigación en modelado de flujo multifásico, con especial atención a los microsistemas. Combina simulaciones numéricas con experimentos e IA para abordar retos del mundo real.

El grupo de Modelado Inteligente Multifásico en Microsistemas (IM³ ) , dirigido por el Dr. Pavel Ryzhakov, se dedica a impulsar la investigación en modelado de flujo multifásico, con especial atención a los microsistemas. El grupo desarrolla y mejora modelos computacionales de vanguardia diseñados para abordar los desafíos únicos de los entornos microfluídicos, conectando la investigación fundamental con las soluciones prácticas de ingeniería. El enfoque integrado de IM³ combina modelado numérico de vanguardia, estudios experimentales e inteligencia artificial, reflejando la complejidad de los sistemas del mundo real y permitiendo un conocimiento más profundo de los fenómenos físicos subyacentes.

La dinámica de gotas es fundamental para el trabajo del grupo, con el desarrollo de innovadores modelos computacionales y simulaciones de gotas libres, generación de gotas, comportamiento de humectación e interacciones entre múltiples gotas. También se dedica un esfuerzo considerable al desarrollo de técnicas para simular la propagación de flujos multifásicos en medios complejos o porosos. La inteligencia artificial potencia nuestras actividades, sentando las bases para gemelos digitales y sistemas de control inteligente para dispositivos microfluídicos. Los proyectos de IM^3 abarcan la fabricación digital, la impresión de inyección de tinta, la purificación de agua, la seguridad contra incendios y la gestión del agua en pilas de combustible, ofreciendo soluciones innovadoras y sostenibles.

En IM³, desarrollamos herramientas computacionales y experimentales avanzadas para modelar, analizar y optimizar sistemas microfluídicos multifásicos. Nuestro trabajo combina simulaciones basadas en la física, métodos basados en datos y experimentos a escala de laboratorio para abordar los desafíos de las aplicaciones energéticas, manufactureras y biomédicas.

Areas de investigación

Modelización de flujos multifásicos

Desarrollamos modelos CFD innovadores de alta fidelidad para flujos microfluídicos complejos que involucran múltiples fases y materiales. Nuestra investigación incluye:

- Métodos de elementos finitos enriquecidos para problemas multimateriales y multifásicos
- Técnicas de captura de interfaz (conjunto de niveles conservadores, NURBS)
- Modelos de física acoplada (dinámica de fluidos, electrodinámica, termodinámica)
- Dinámica de humectación y modelado de líneas de contacto
- Métodos basados en partículas lagrangianas (PFEM, SPH)

Resultados : Modelado de la evacuación de agua en canales de flujo de celdas de combustible. Simulación del transporte multifásico en medios porosos, como capas de difusión de gases. Estudio de la dinámica de gotas para aplicaciones en tecnologías de inyección de tinta y de gota a demanda.

Aplicaciones : Gestión de agua en pilas de combustible, transporte de medios porosos, inyección de tinta, intercambiadores de calor y calderas, flujos en aorta y vasos sanguíneos, bioimpresión.

Simulación multifásica impulsada por IA

Aprovechamos la inteligencia artificial y las herramientas basadas en datos para acelerar la simulación y el control de la dinámica de gotas y burbujas:

- Análisis basado en imágenes y aprendizaje automático
- Modelado sustituto y simulación multifidelidad
- Redes neuronales basadas en la física (PINN)
- Reducción de dimensionalidad y aprendizaje de variedades

Resultados : Optimización y control de dispositivos de impresión para la fabricación digital, con aplicaciones como la bioimpresión, el control de dosis farmacéuticas y sistemas de laboratorio en un chip. Análisis del comportamiento de las burbujas en procesos de electrólisis e hidrólisis.

Aplicaciones : Fabricación digital, control de microgotas, comportamiento de burbujas en hidrólisis, calderas e intercambiadores de calor.

Experimentos de microfluídica

Los experimentos realizados en nuestro laboratorio interno brindan información de primera mano sobre procesos microfluídicos complejos.

- Experimentos de generación de gotas e inyección de tinta
- Experimentos de electrospray (EHDA) y electrohilado
- Herramientas sofisticadas para el procesamiento de imágenes y análisis de datos

Resultados : Amplias bases de datos de libre acceso para el entrenamiento y la validación de modelos. Creación del núcleo para el desarrollo de gemelos digitales. Determinación de regímenes de fabricación óptimos.