KTH Mekanik

Rektorspresentation 3/6 2008

Institutionen för MekanikStrömningsmekanikMekanik-biomekanik

2

KTH Mekanik

Deltagare

• Dan Henningson, Prefekt Mekanik, Strömningsmekanik

• Anders Eriksson, Mekanik-Biomekanik

• Henrik Alfredsson

• Gustav Amberg

• Laszlo Fuchs

• Nicholas Apazidis

• Lanie Gutierrez-Farewik

• Jens Fransson

3

KTH Mekanik

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)

4

KTH Mekanik

Personal

94

6

37

4

9

12

16

10

2006

98

8

38

5

9

12

16

10

2005

553Gäst/Postdocs

9101099TA

4042464548Doktorander

51161214Externa dokt.

105

11

16

10

2004

9910199101Summa

13977Bitr.lekt/Foass/Forsk/Adjunkt

16161514Lektorer/Adj.Lek.

1111119Professorer/Adj.Prof.

2007200320022001

5

KTH Mekanik

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

6

KTH Mekanik

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

7

KTH Mekanik

Förändringar i studentantal

133146 183262317372Strukturmekanik

1990

425

48

1371

2006

1941

363

42

1403

2007

2191

514

52

1442

2005

221422932452Σ

352

96

1504

2004

408288Strömningsmekanik

7248Högre mekanik kurser

14961744Grundläggande mekanik

20032002Studentmedeltal

14248 1511Engineering Mechanics

8

KTH Mekanik

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

9

KTH Mekanik

Doktorer och Licentiater vt 2008

• Doktorer (3)– Marko Hyensjö, jun

– Yuan Lin, jun

– Linus Marstorp, jun

6

3

2007

8

10

2006

8

7

2005

8

6

2004

3898Lic

31046PhD

vt 08200320022001

• Licentiater (3)– Tobias Strömgren, mar

– Fredrik Hellström, mar

– Shervin Bagheri, jun

10

KTH Mekanik

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

11

KTH Mekanik

Omsättning och resultat

0

10 000 000

20 000 000

30 000 000

40 000 000

50 000 000

60 000 000

70 000 000

80 000 000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Externa intäkter

Fofuanslag

Gruanslag

-3 000 000

-2 000 000

-1 000 000

0

1 000 000

2 000 000

3 000 000

4 000 000

5 000 000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

12

KTH Mekanik

0

2 000

4 000

6 000

8 000

10 000

12 000

14 000

16 000

18 000

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

STEM

VR

STIFTELSER

VINNOVA

EU

EXT. ÖVRIGT

Extern finansieringYtterligare VR

dominans!

Finansiär 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008STEM 3 656 3 530 4 566 4 447 3 763 1 905 5531 4920VR 6 149 6 876 8 617 6 361 5 908 6 967 9746 15325STIFTELSER 812 562 2 005 2 340 2 198 1 938 1560 1200VINNOVA 6 000 6 000 6 000 6 000 3 250 0 0 0EU 731 0 1 533 3 027 5 504 5 804 6049 3638EXT. ÖVRIGT 8 785 7 908 7 366 7 444 5 150 5 494 1707 3766Total 26 133 24 876 30 087 29 619 25 773 22 108 24593 28849

13

KTH Mekanik

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

15

KTH Mekanik

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 inomKTH:bryggan mellan den teoretiska fysiken och ingenjörs-

tillämpningarna.

• Forskningen akademiskt inriktad, generiskt ämne av storbetydelse i många sammanhang. Svagare samband med industri.

16

KTH Mekanik

Aktuella forskningsområden

• Avancerade lastbärande strukturer, för rymden ochavancerad 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

17

KTH Mekanik

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.

18

KTH Mekanik

Varför rör sig som man gör?

Kan man göra det bättre?

Vad har det för påverkan på kroppen?

Biomekanik – analys och simulering av rörelse

19

KTH Mekanik

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, yieldwhen they must, and accept compensatory reactions...”(Jacquelin Perry 1992)

20

KTH Mekanik

’crouch’ gång

21

KTH Mekanik

muskel effekt med fotledsdeformiteter

22

KTH Mekanik

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

24

KTH Mekanik

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

27

KTH Mekanik

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 2·109 grid points

28

KTH Mekanik

Stability and transition

• Non-normality and global modes

• Wintubine wake instabilities

• Receptivity experimetsand computation

• Simulation and measurements of bypass transition

29

KTH Mekanik

Flow control and optimization

• Input-output analysis and model reduction

• Feedback control using LQG compensators

Control off Control on

control area

30

KTH Mekanik

Flow control and optimization

• Natural/Hybrid LaminarFlow Control

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1−0.06

−0.04

−0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08RAE 2822

x/c

y/c

design no:0design no:30

• Control of separation using vortex generators

31

KTH Mekanik

High Reynolds number turbulence and geophysical flows

• High-Re experiments in the MTL-wind tunnel – multinational collaboration

• Ciclope – high Reynolds number turbulent pipe flow – multinational consortium (exp. in Italy)

32

KTH Mekanik

High Reynolds number turbulence and geophysical flows

• Development of sub-grid-scale models for LES

• Scalar transport and combustion

• Studies of rotating/stratified turbulent flows – atmospheric applications

• Ice-age climate simulations

DNS of combustion in a turbulent wall-jet

33

KTH Mekanik

Micro- and complex fluids

• Interface tracking methodsfor complex flows

• Experiments and simulations of flow with fibres

35

KTH Mekanik

Micro- and complex fluids

• Generic liquid phase sintering • Dropplets and bubble dynamics

36

KTH Mekanik

Applied Fluid Mechanics

spray injection

• Flow in valves and manifolds • Flow in a turbo-charger

37

KTH Mekanik

Flödeskontroll

Turbulent jamboree

TELFONA

38

KTH Mekanik

Flödeskontroll

39

KTH Mekanik

AirbusTELFONA (TEsting for LaminarFlow On New Aircraft) är ett euro-peiskt projekt med 15 samarbets-partners i totalt 8 länder. KTHMekanik bidrar dels med experiment som görs i KTHslågturbulensvindtunnel, 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.

EU projekt

TELFONA

40

KTH Mekanik

3 jamborees during 2008

Turbulent jamboree

41

KTH Mekanik

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