Gruppe for reaktorteknologi arbeider i videste forstand med eksperimentelle studier og modellering av kjemiske reaktorer. Eksempler på applikasjoner vi har arbeidet med er: reformerreaktorer for syntesegassproduksjon (Tjeldbergodden), fixed bed metanol-reaktor (Tjeldbergodden), slurry metanolreaktor, Fluidised Catalytic Cracker (Mongstad), Propan dehydrogeneringsreaktor (fixed bed), Slurry og fixed bed Fischer-Tropsch reaktor, avsvovlingsreaktorer, monolittreaktorer, polymerreaktorer (HDPE loopreaktor, polyolefinreaktorer og PVCreaktorer), og flere ulike bioreaktorer fra encelle protein produksjon og fermenteringsprosesser til kloakkbehandling.

I tillegg arbeider gruppen sammen med separasjonsgruppen innen fagfeltet absorpsjon med kjemisk reaksjon. Dette arbeidet er særlig rettet mot fjerning av sure komponenter fra naturgass (eks. CO₂ , H₂S) og fjerning av CO₂ fra eksos- og mellomtrykksgasser i forbindelse med utvikling av gasskraftverk med akseptable CO₂–utslipp.

Den store bredden i applikasjonene gjør at vi samarbeider med mange andre faggrupper; grupper for petrokjemi og katalyse, polymer og overflatekjemi, separasjon, biokjemi og prosess-systemanalyse.

Videre er det initialisert samarbeid med det norske meteorologiske institutt (DNMI) for å utvikle modeller som beskriver transport av lokale forurensninger i byer og langtransporterte luftforurensninger i Europa.

På eksperimentalsiden konsentrerer vi oss om studier av masse og varmeoverføring i reaktorer og beskrivelse av strømning. Spesielt arbeider vi med flerfasesystemer da dette ofte inngår i kjemiske reaktorer, og også innen separasjon. Sammen med Separasjonsgruppen arbeider vi også med måling av likevekter og kinetikk i systemer som har interesse for surgassfjerning (CO₂ og H₂S).

På modelleringssiden arbeider vi med alle typer modeller, fra tradisjonelle røretank/stempelstrømsmodeller, dispersjonsmodeller, "fenomenologiske" modeller som prøver å beskrive og predefinere strømningen ut fra visuelle observasjoner og målinger, og til de mer komplekse strømningsmodellene (CFD) som beregner strømningen i en gitt apparatur. I tillegg utarbeider vi modeller for absorpsjonstårn og membranapparaturer for surgassfjerning sammen med separasjonsgruppen.

Det er i Norge i dag et stort behov for avansert forskning og bred kompetansebygging innen fagfeltene flerfase kjemisk reaktorteknologi og flerfase prosesstrømning, feks ved høytrykks gass/væskeseparasjon. Gjennom de siste 30 årene spesielt er industrien, i tillegg til sine økonomiske betingelser, stadig blitt stilt overfor krav om forbedringer i ressurs og energiutnyttelse. Dette har spesielt vært koblet til miljømessige gevinster og utslippsproblematikk. I dag så har industrien redusert sine utslipp dramatisk i forhold til bare for 20 år siden. De enkle og middels vanskelig forbedringene er utført og ny utvikling fordrer stor forskningsinnsats og høy kompetanse. Et eksempel som kan nevnes er de utfordringene man står overfor når man skal ha full undervannskomplettering av brønner med utskilling og retur av vann, og muligens separsjon av gass. Man forlanger stadig bedre selektivitet og omsetning av de kjemiske prosessene. Dette vil kunne gi store gevinster ikke minst i separasjonsprosessene før og etter reaktorene. Dette fordrer utvikling av nye katalysatorer og, ikke minst, bedre kontroll med masse og varmeoverføring og strømning i reaktorene.

For å møte disse utfordringene er det ved NTNU/SINTEF startet to forskningsprogrammer med støtte fra Norges Forskningsråd og norsk og utenlandsk industri

Det ene programmet fokuserer på eksperimentelle studier og modellering av kjemiske reaktorer og flerfase prosesser. Hovedhensikten med det andre programmet er å forbedre forståelsen av de fysiske og kjemiske prosesser som er involvert i høytrykk gass/væske separasjon for derved å skape en pålitelig basis for design og drift av sub-sea gass/væske separasjonssystemer.

Felles for begge er modellering og eksperimentelle studier av flerfase strømning i ulike geometrier og de underliggende mekanismer for dråpe/boble–dannelse ved oppbrekking, medrivning, avsetning og koalescens. Totalt skal vi ha 10 dr.grader innen disse to prosjektene.

Nærmere opplysninger om arbeidet innen disse prosjektene er gitt på hjemmesidene: http://www.CARPET.ntnu.no og http://www.HiPGaS.ntnu.no.

Innen fjerning av CO₂ har vi et større forskningsprosjekt sammen med SINTEF Kjemi(Strategisk instututtprosjekt). Dette prosjektet er rettet mot utvikling av nye absorpsjonsvæsker for mer økonomisk og miljøvennlig fjerning av CO₂ fra spesielt eksosgasser. Fokus vil også være på desorber-delen (stripper) av prosessen for å forsøke å få ned energiforbruket ved en ny utforming av denne.

I tillegg så arbeider vi sammen med Kværner Process Systems (KPS) og Gore for å utvikle en ny membranabsorpsjonsteknologi. Dette prosjektet er rettet mot å få ned apparaturstørrelser og -kostnader, samtidig som man får drifts- og miljøgevinster.

Vi har pr. idag 4 dr.ing studenter innen dette fagfeltet.

Som det forhåpentligvis har gått fram av det foregående har vi en svært vid aktivitet, med utstrakt samarbeid med andre grupper. Dette innebærer at vi også kan ha studenter som ikke har tatt faget reaktorteknologi i fjerde klasse.

Siden så få studenter tok dette kurset i høst vil vi også tilpasse fordypningmodulen reaktormodellering slik at nye studenter kan komme inn.

I de fleste tilfelle vil vi ønske å fortsette arbeidet i en diplom. Vi ser svært gjerne at de som tar oppgavene også kan tenke seg å gå videre innen feltet til en diplomoppgave. Dette er imidlertid intet krav. Vi har delt inn oppgavene i fire deler:

1. Reaktormodellering og numerikk
2. Eksperimentalarbeid innen reaktor
3. Eksperimentalarbeid og modellering innen CO₂-fjerning
4. Luftforurensning

Det skal utvikles en programpakke for å beskrive strømningsforhold i flerfasereaktorer. Det tas utgangspunkt i en eksisterende programpakke (utviklet av tidligere studenter ved instituttet) som beskriver tofasestrømning i 1D og 2D for vertikale rør (en såkalt ’drift-flux’ modell). Modellen skal utvides til en full multifluidmodell, dvs. at vi beskriver begge fasene og interaksjonen mellom fasene eksplisitt. De nødvendige modelligningene for å beskrive systemet vil bli gitt. Hoveddelen av arbeidet vil være å implementere en numerisk algoritme for å løse modelligningene.

Oppgaven vil gi en innføring i fortranprogrammering, noe som er meget nyttig for studenter som vurderer å arbeide innen reaktorteknologi/strømning. Prosjektet gir også et godt grunnlag for å velge diplomarbeid innen dette feltet senere. Videre har prosjektet mye til felles med noen av de andre oppgavene og samarbeid kan være nyttig.

Faglærer: Hugo A. Jakobsen

Medveileder: Håvard Lindborg

Det skal utvikles en programpakke for å beskrive strømningsforhold i flerfasereaktorer. Det tas utgangspunkt i en eksisterende programpakke (utviklet av tidligere studenter ved instituttet) som beskriver tofasestrømning i 1D og 2D for vertikale rør (en såkalt ’drift-flux’ modell). Modellen skal utvides til tre dimensjoner. De nødvendige modelligningene for å beskrive systemet vil bli gitt. Hoveddelen av arbeidet vil være å implementere en numerisk algoritme for å løse modelligningene.

Oppgaven vil gi en innføring i fortranprogrammering, noe som er meget nyttig for studenter som vurderer å arbeide innen reaktorteknologi/strømning. Prosjektet gir også et godt grunnlag for å velge diplomarbeid innen dette feltet senere. Videre har prosjektet mye til felles med noen av de andre oppgavene og samarbeid kan være nyttig.

Faglærer: Hugo A. Jakobsen

Medveileder: Håvard Lindborg

I denne oppgaven skal vi modellere et ikke-reaktivt system, luft og vann/olje. De nødvendige transportligningene for å beskrive fase- og dråpestørrelsesfordelingen i systemet vil bli gitt. Det tas utgangspunkt i en eksisterende programpakke (utviklet av tidligere studenter ved instituttet) som beskriver strømning av gassbobler i væske i 1D og 2D for vertikale rør. Modellen og programmet skal forbedres og utvides til å kunne takle faseinversjon (en gasstrøm med dråper). Hoveddelen av arbeidet vil være å modifisere modellene for koalesens og oppbrytning.

Oppgaven vil gi en innføring i fortranprogrammering, noe som er meget nyttig for studenter som vurderer å arbeide innen separasjon/reaktorteknologi/strømning. Prosjektet gir et godt grunnlag for å velge diplomarbeid innen disse fagfeltene senere. Videre har prosjektet mye til felles med noen av de andre oppgavene og samarbeid kan være nyttig.

Oppgaven er reservert for Joanne Grundseth.

Faglærere: Hugo A. Jakobsen og Hallvard F. Svendsen

Medveileder: Lars Hagesæther

I denne oppgaven skal vi forsøke å redusere regnetiden for det eksisterende programmet beskrevet ovenfor. Det tas altså utgangspunkt i en eksisterende programpakke (parallell versjon) som beskriver enfasestrømning med kjemisk reaksjon i 1D og 2D for vertikale rør. En skal forsøke å forbedre implementasjonen av løsningsalgoritmene slik at tidsforbruket reduseres, eventuelt også parallellisere nye moduler i programmet. Programmet skal kjøres på NOTURs superdatamaskiner.

Prosjektet gir et godt grunnlag for å velge diplomarbeid innen dette feltet senere.

Parallelt med dette prosjektet vil muligens en eller flere student(er) fra industriell matematikk jobbe med å optimalisere en liknende modell for flerfase kjemiske reaktorer. Samarbeid kunne være nyttig og ønskelig.

Faglærer: Hugo A. Jakobsen

Det er ingen som til nå helt har forstått hva turbulens egentlig er, selv om en har en viss oversikt over de viktigste egenskapene til turbulente strømninger. Likevel, siden en finner svært mange turbulente strømninger i kjemisk industri og i naturen rundt oss, er det ønskelig at en i det minste kan beskrive effekten av disse fenomenene. Et konsept som har vært forsøkt brukt er basert på statistisk teori.

I dette prosjektet skal vi sette oss inn i denne teorien, utrede hvordan denne kan anvendes for bedre å kunne forstå de fysiske prosessene som foregår i dispergert flerfasestrømning, samt finne ut hvordan vi kan beregne de viktigste størrelsene fra tilgjengelige måledata for å validere teorien. Det er også viktig å spesifisere sterke og svake sider ved dette konseptet.

Prosjektet gir et godt grunnlag for å velge diplomarbeid innen dette feltet etterpå. Det kan for eksempel være at vi finner det interessant å gå på labben selv for å gjøre forsøk og måle turbulensspekter ved hjelp av LDV i en av våre reaktorer.

Faglærere: Hugo A. Jakobsen og Hallvard F. Svendsen

I denne oppgaven skal vi ta utgangspunkt i en termodynamisk ikke-ideell gassblanding, naturgass med litt vanndamp under høye trykk i scrubbere. Oppgaven består i å utlede og implementere de nødvendige modelligningene for å beskrive varmetransport og transport av kjemiske komponenter i dette systemet. Modellen skal kunne beskrive kondensasjon av gassblandingen og fordampning av eventuelle dråper.

Det tas utgangspunkt i to eksisterende programpakker, en som beskriver strømningsforholdene i separatoren og en annen programpakke som beskriver termodynamikken i systemet. Modellen og programmet skal dokumenteres, utvides og forbedres.

Oppgaven vil gi en innføring i fortranprogrammering, noe som er meget nyttig for studenter som vurderer å arbeide innen reaktorteknologi/separasjonsteknologi/strømning. Prosjektet gir et godt grunnlag for å velge diplomarbeid innen disse fagfeltene senere. Videre har prosjektet mye til felles med noen av de andre oppgavene og samarbeid kan være nyttig.

Faglærer: Hugo A. Jakobsen og Jørgen Løvland

Forelesningene i fag SIK 2053, reaktorteknologi, er under omlegging. Den delen av faget som omhandler fixed- og fluidized bed reaktorer skal forbedres ved at teorien fremlegges med økt vekt på praktiske eksempler.

Oppgaven vil gå ut på å lage enkle eksempler på reaktormodellering og simulering ved bruk av matlab og fortran. Vi skal blant annet se på to kjemiske systemer som utgjør en viktig del av STATOILs anlegg på Tjeldbergodden, produksjon av syntesegass (primærreformeren) og metanol. Disse to prosessene foregår i multi-tube fixed bed reaktorer. De nødvendige modelligningene som beskriver systemene vil bli oppgitt, og det tas utgangspunkt i eksisterende programpakker utviklet av tidligere studenter ved instituttet. Modellen skal utvides til en såkalt heterogen, todimensjonal dispersjonsmodell med både aksiell og radiell dispersjon.

Videre skal vi lage et lite kompendium for å gi fremtidige studenter en kortfattet beskrive av fluidized bed reaktorer med spesielt henblikk på Fluid Catalytic Cracking (FCC) og Fischer-Tropsch prosessene. Vi skal også forklare hvordan disse reaktorene kan modelleres under drift i ulike strømningsregimer.

Prosjektet vil gi en innføring i fortranprogrammering, noe som er meget nyttig for studenter som vurderer å arbeide innen reaktorteknologi/strømning. Oppgaven vil også være en meget god innføring til reaktorteknologi for studenter som ikke fikk tatt faget tidligere. Prosjektet er også et godt grunnlag for å velge diplomarbeid innen dette feltet senere.

Faglærer: Hugo A. Jakobsen

For å kunne optimalisere faseseparasjonsprosessen i scrubbere, og masse-, varme- og impulsoverføringen mellom fasene i flerfasereaktorer, er det viktig å forstå mekanismene som styrer bobble-/dråpekoalesens. De tre viktigste trinnene i koalesensprosessen er partikkelkollisjon, filmdrenering, og brytning av partikkeloverflatene.

I denne oppgaven skal vi modellere kollisjon mellom fluidpartikler. De nødvendige modelligningene for å beskrive systemet vil bli gitt. Det tas utgangspunkt i en eksisterende programpakke (utviklet av en Dr. ing. student ved instituttet) som beskriver kollisjon mellom to partikler som beveger seg rett mot hverandre. Vi skal prøve å finne ut hvilke variable som kan påvirke utfallet av disse kollisjonene. Modellen og programmet skal utvides og forbedres.

Parallelt med arbeidet med å modellere partikkelkollisjonene vil det bli utført eksperimentelle forsøk ved STATOIL forskningssenter for å validere modellen. Om ønskelig kan det være aktuelt å delta på den eksperimentelle siden også.

Prosjektet gir et godt grunnlag for å velge diplomarbeid innen dette feltet senere.

Faglærere: Hugo A. Jakobsen og Hallvard F. Svendsen

Medveileder: Lars Hagesæther

Monolittreaktorer er strukturerte katalysatorer som f.eks. benyttes for rensing av bileksos. Slike katalysatorer er også aktuelle for kjemisk industri, f.eks. hydrogeneringsreaksjoner.

Oppgaven, som er en videreføring av en diplom fra i fjor høst, har som formål å beskrive en Fischer-Tropsch process (produksjon av hydrokarboner fra syntesegass) i en reaktor med 2-fase gass/væske flow gjennom en monolittbasert katalysator. Hovedvekten vil ligge på en analyse av forutsetningene for varmetransport i slike systemer. Prosjektet vil bestå i innhenting av relevante data for monolittkatalysatoren og oppbygging og bruk av en simuleringsmodell. Denne oppgaven er gitt i samarbeid med STATOIL.

Det er ønskelig at prosjektet videreføres i en diplom.

Faglærer: Hallvard F. Svendsen

Veileder: Arne Grislingås

De lette olefinene eten og propen utgjør det desidert viktigste råstoffet for polymerindustrien. Disse olefinene fremstilles i hovedsak ved steam cracking av lette alkaner (NGL og nafta). En alternativ prosess for å lage olefiner er ved direkte dehydrogenering av etan og propan, og det eksisterer kommersielle prosesser for dette. Det er katalytiske prosesser som går ved relativt høy temperatur og lavt trykk. Dehydrogenering er en sterkt endoterm prosess, og utfordringen ved disse prosessene er å bringe varme inn til reaksjonssonen. I de fleste av de eksisterende prosessene skjer dette ved å tilføre varme gjennom reaktorveggen, eller ved å varme opp katalysatoren eksternt eller internt i reaktoren.

En alternativ måte å gjøre dette på er å gjennomføre eksoterme forbrenningsreaksjoner inne i reaktoren, parallelt med dehydrogeneringsreaksjonene. På denne måten er det mulig å operere reaktorene termisk nøytralt. Det er kjent at ved å tilføre oksygen og forbrenne halvparten av hydrogenet som dannes ved dehydrogeneringen vil man oppnå den ønskede termiske nøytralitet.

Oppgaven går ut på å videreutvikle en eksisterende modell (utviklet av en tidligere diplomstudent ved instituttet) for ADH reaktoren.

Denne oppgaven er gitt i samarbeid med STATOIL. Det er ønskelig at prosjektet videreføres i en diplom.

Faglærer: Hallvard F. Svendsen

Veileder: Arne Grislingås

Vi ønsker å etablere en "verktøykasse" av reaktormodeller og tilhørende rutiner for beregning av fysikalske-, termodynamiske- og transportdata. Dette vil forenkle arbeidet med nye reaktormodeller og bruken av dem på nye systemer.

Verktøykassen vil bestå av små enkeltmoduler som gjør bestemte oppgaver, f. eks. beregner viskositet, dispersjonskoeffisienter, el.. Disse må være standardiserte i grensesnitt og struktur slik at de lett kan benyttes i nye sammenhenger. Vi vil starte med enkle allerede eksisterende reaktormodeller og hovedoppgaven vil ligge på å få til en mest mulig funksjonell dataflyt i programmet. Programspråk vil være Matlab og den som tar oppgaven bør ha interesse for data og datastrukturer.

Det er ønskelig at prosjektet videreføres i en diplom.

Faglærer: Hallvard F. Svendsen

Veileder: Magne Lysberg, SINTEF Kjemi.

2. Eksperimentalstudier i reaktorer

12: Eksperimentelle studier av strømning og varmeoverføring i røretank.

Innenfor forskningsprogrammet REPP (Reaktorteknologi innen petro- og polymer-industrien) har vi, i samarbeid med Høyskolen i Telemark(HIT), en dr.ing-student som arbeider med strømningsmålinger og varmeoverføringsstudier i røretanker. Dette er et program som er støttet av NFR sammen med Statoil, Norsk Hydro, Reichold, Dyno og Borealis. Vi har alt eksperimentalutstyret på plass og dr.ing kandidaten kjører nå forsøk. Vi ønsker imidlertid å utvide med videre forsøk, spesielt i høyviskøse og ikke-Newtonske systemer. Oppgave vil kunne vinkles mot den strømningsmessige delen, med målinger basert på LDV (Laser-Doppler-Velosimetri), eller mot varmeoverføringssiden. I tillegg til målinger er det også meningen å utvikle nye forbedrede korrelasjoner. Oppgaven vil kunne tas av to studenter, som gjør hver sin del, eventuelt samarbeider om eksperimentene og beskriver hver sin del. Diplom videre er ønskelig.

Faglærer: Hallvard Svendsen

Veileder: Rune Engeskaug

13: Eksperimentell studie av dråpekoalesens og medrivning.

Innenfor programmet HiPGaS arbeides det med forbedring av datagrunnlaget og modellgrunnlaget for høytrykks gass/væskeseparatorer. To av oppgavene går ut på eksperimentalstudier av dråpe/dråpe og dråpe/overflatekoalesens i turbulente strømmer, og medriving av dråper fra overflater. Det er pr idag en Post.doc. som arbeider på koalescens og en diplomstudent, som går over til Dr.ing som arbeider på medrivning. Vi ønsker 1-2 studenter inn på dette prosjektet. For nærmere beskrivele av oppgavene henvises til Carpet 1 og HiPGaS 2 ved: http://www.CARPET.ntnu.no og http://www.HiPGaS.ntnu.no. Den ene av de to oppgavene er forbeholdt Siri Berge Aarestrup.

Faglærer: Hallvard Svendsen

Veiledere: Pavel Havelka og Thomas Helsør

 

 

3. Eksperimentalarbeid og modellering innen CO₂-fjerning

Ved instituttet er det utviklet en enkel modell for å beskrive CO₂ -absorpsjon gjennom en membran. Modelligningene er forsøkt løst både ved hjelp av ’finite volume’ FV- og ’finite difference’ FD metoder. FD metoden er implementert i matlab og konvergerer rimelig raskt, men det er problemer knyttet til massebevarelse. FV algoritmen er implementert i et fortranprogram og sikrer at massen er bevart i systemet, men løsningen av det resulterende sett av algebraiske ligninger er relativt tidkrevende. Oppgaven går ut på å optimalisere FV løseren og evaluere fordeler og ulemper ved de to løsningsalgoritmene, både for uniforme og ikke-uniforme grid.

Prosjektet vil gi en innføring i matlab og i fortranprogrammering, noe som er nyttig for studenter som vurderer å arbeide innen separasjonsteknologi/reaktorteknologi/strømning. Det gir også et godt grunnlag for å velge diplomarbeid innen disse fagfeltene senere. Videre har arbeidet mye til felles med noen av de andre oppgavene og samarbeid kan være nyttig.

Faglærere: Hugo A. Jakobsen og Hallvard F. Svendsen

Medveileder: Jana Poplsteinova

For å få til en optimalisering av absorpsjonstårn og best mulig enrgiutnyttelse, er det nødvendig med stadig bedre modeller for likevekter og kinetikk i de kjemiske systemene som brukes. Man snakker i dag om såkalte "rigorøse" modeller som ikke bare modellerer f. eks. partialtrykket av CO₂ over en løsning som inneholder en gitt mengde CO₂, men også modeller som er aktivitetskoeffisientbaserte og som predikterer fordelingen av de ulike kjemiske komponentene, ioniske så vel som ikke ioniske, som funksjon av CO₂-innhold og temperatur. Vi har laget en slik modell for systemet MDEA (Metyl-dietanolamin) - CO₂ –vann. Dette ønsker vi å forbedre og utvide til også å omfatte en hastighetspromotor, piperazin. Prosjekt oppgaven vil sannsynligvis gå med til å sette seg inn i den eksisterende modellen for MDEA, og så formulere den utvidete modellen, eventuelt å gjøre forbedringer på MDEA-modellen. Det er ønskelig at man går videre til et diplomarbeid innen feltet.

Faglærer: Hallvard F. Svendsen og Jørgen Løvland

Veiledere: Jana Poplsteinova

Som nevnt i forrige oppgave så er det et stort behov for bedrede likevekts og kinetikkmodeller for ulike absorpsjonssytemer. For validering av disse modellene trenger vi gode eksperimentelle data. Vi har ved instituttet tre forskjellige likevektsapparaturer for ulike trykk og temperaturområder, og tre ulike kinetikkapparaturer. En dr.ingkandidat arbeider på en membranabsorberapparatur for kinetikkmålinger og det er der behov for å utvide forsøksmassen. Videre er det stort behov for likevektsmålinger. Dette innebærer at det her vil være rom for flere prosjektoppgaver og diplomoppgaver. Modellering av likevektene vil også være aktuelt, men mest sannsynlig som en videreføring innen et diplomarbeid.Alle apparaturene er operative og assistanse fra SINTEF kan også påregnes.

Det er ønskelig at prosjektene videreføres i diplomer.

Det følger en sommerjobb med oppgaven.

Faglærer: Hallvard F. Svendsen

Veileder: Karl Anders Hoff og Olav Juliussen

Det er initialisert samarbeid med det norske meteorologiske institutt (DNMI) for å utvikle modeller til å beskrive transport av lokalskala støvforurensninger i Trondheim.

Hensikten med prosjektet er å kunne lage en modell for varsling av høye konsentrasjoner av støvforurensninger lokalt i byer som Trondheim. Videre har slike modeller et stort potensiale innen kommunale utredningsarbeid, konsekvensanalyse med tanke på forurensning under større bygg- og anleggsarbeider, byplanlegging med tanke på lokalklima, estimere energitap fra bygninger, etc.

I denne oppgaven skal vi gjøre et forenklet studie av transport og fordeling av støvforurensninger ved hjelp av en CFD modell for området rundt Elgeseter gate som er et av de verst belastede områdene i Norge. En vesentlig del av arbeidet vil være å skaffe den bakgrunnsinformasjon som trengs for å gjøre en slik simulering. Vi må for eksempel gi modellen et realistisk vindfelt, data for utslipp, geometri av store bygninger, gaterom, osv. Slik informasjon er sannsynligvis tilgjengelig fra Trondheim kommune, NILU og DNMI. Videre trenger vi målinger av luftkvalitet for å kunne validere modellresultatene mot eksperimentelle data.

Oppgaven kan utføres uten spesiell vekt på matematisk teori og programmering, om det skulle være ønskelig. Modul SIO1083 Geofysisk strømning anbefales.

Faglærere: Hugo A. Jakobsen

Veileder ved DNMI: Erik Berge

Medveileder i CFD: Paal Skjetne, SINTEF Kjemi

Det er initialisert samarbeid med det norske meteorologiske institutt (DNMI) for å utvikle modeller til å beskrive transport av lokalskala støvforurensninger i Trondheim.

I dette prosjektet skal vi se på muligheten for å kople lokalskala værvarslingsmodeller (MM5: 500m-1000m oppløsning) med et dynamisk CFD finskala ingeniørverktøy (FLUENT: 1m oppløsning). Alternativet ville være å lage en egen finskalamodell som skulle kunne tilpasses til alle tenkelige byer og tettsteder i Norge. Det å tilpasse slike egenutviklede modeller til lokale forhold (geometri av bygninger, gaterom, etc.) er tidkrevende, mens kommersielle CFD programmer er spesielt utviklet for å være relativt enkle å tilpasse til nye områder. Hovedutfordringen her er hvordan formulere randbetingelser og initialbetingelser for vind, nedbør, etc. basert på MM5 data slik at vi kan få til en CFD simulering av et gaterom. M.a.o. MM5 gir meteorologiske data som gitt i figurene nedenfor for temperatur og vind, mens vi vil at modellene våre skal gi en mer detaljert beskrivelse av forurensninger som gitt i figuren over. Hvilke faglige muligheter og begrensninger ligger i dette?

Spørsmål den endelige modellen skal kunne gi svar på er for eksempel hvor høye støvkonsentrasjoner en kan forvente et gitt tidspunkt, en gitt dag, på et gitt sted i Trondheim. Videre vil vi gjerne overvåke om vi overholder SFTs grenseverdier for utslipp. NO2 (timers verdi): 200 ug/m3 skal ikke overskrides mer enn 24 ganger per år (fom. 2010: Ingen overskridelser), PM10 (24 timers verdi): 50 ug/m3 skal ikke overskrides mer enn 35 ganger per år (fom. 2005: Ingen overskridelser), Benzen (årsmiddel verdi): 5 ug/m3 skal ikke overskrides fom 2010, CO (8 timers middel): 10 ug/m3 skal ikke overskrides fom 2005.

Oppgaven krever en viss interesse for numerisk matematikk og programmering. Modul SIO1083 Geofysisk strømning anbefales.

Faglærere: Hugo A. Jakobsen

Veileder ved DNMI: Erik Berge

Medveileder i CFD: Paal Skjetne, SINTEF Kjemi