Ipari és akadémiai szakemberek számára is hasznos termodinamikai publikáció készült

30-as impaktfaktorú tudományos folyóiratban való publikálásra kérték fel a BME Gépészmérnöki Kar fiatal szakemberét, aki a hővezetés tudományterületén folytat kutatásokat.

„A hővezetési tudományterület utóbbi 30-40 évének eredményeit, a hővezetéshez kapcsolódó fizikai elveket, modelleket és azok tulajdonságait foglalja össze a publikáció, amelynek minden fejezetében megjelennek a saját következtetéseim is” – fogalmazott Kovács Róbert Sándor, a BME Gépészmérnöki Kar (BME GPK) Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék egyetemi docense, akinek tudományos publikációja megjelent a világ egyik vezető, 2022-ben 30-as impaktfaktort elért kiadója, az Elsevier „Physics Reports” című kiadványában. (A tanulmány címe: „Hővezetési egyenletek a Fourier-törvényen túl: A hőmérsékleti hullámoktól a termikus metaanyagokig” – szerk.) A tudományos folyóiratban kizárólag azok a kutatók publikálhatnak, akiket a szakmai szerkesztőbizottság erre felkér. Évente 60-70 tanulmányt fogadnak be, és kizárólag összefoglaló (review-típusú) közleményeket publikálnak. „A folyóirat kiemelkedő presztízse alátámasztja a kutatott témám fontosságát. A Fourier-elméleten túli jelenségek modellezése ma még mindig gyerekcipőben jár, vagyis messze van attól, hogy általánosan a mérnöki gyakorlat részévé váljon. A most megjelent publikáció reményeim szerint elősegítheti ezeket a törekvéseket azáltal, hogy olyan módon tálalja és mutatja be ezt a szakterületet, amelyet egy ipari fejlesztőmérnök is haszonnal tud forgatni” – jegyezte meg Kovács Róbert Sándor.

„Összefoglaló típusú publikációm rálátást nyújt mindazoknak, akik csak most kapcsolódnak be erre a területre, másrészt segíthet egységesíteni, ’letisztázni’ e szakterület eddigi ismereteit. Bizonyos szempontból rávilágít e terület jelenlegi kihívásaira, és arra, hogy hol, milyen modelleket alkalmaznak, ezeknek mik az előnyei és hátrányai. A tanulmány felállít(hat) egy fajta ’standardot’ is a kutatók számára, és bízom benne, hogy alapja, indikátora lehet további tudományos együttműködéseknek a kollégák között.”

Kovács Róbert Sándor az újszerű kutatásokhoz alapvető fontosságú termodinamikai jelenségek megértésével foglalkozik. Még műegyetemi mesterképzése idején ismerkedett meg a Jean Baptiste Joseph Fourier által vizsgált hővezetési jelenségektől eltérő folyamatokkal, és azóta is ezek pontosabb feltérképezését, termodinamikai modellezését végzi tudományos munkájában. „A mérnöki területen jól ismert és gyakran használt Fourier-törvény (két párhuzamos, egymástól adott távolságra elhelyezkedő felület között, adott hőmérséklet-különbség hatására létrejövő hőáramsűrűség mértéke – szerk.) sajnos nagyon sok esetben nem működik, vagy csak bizonyos korlátok között. A kutatásaimban ezen kivételes helyzetek és korlátok megértésével, feltérképezésével és a folyamatok során felmerülő kérdések megválaszolásával foglalkozom. Mindezt úgy, hogy lehetőség szerint szem előtt tartom a mérnöki gyakorlatot és egy-egy következtetés potenciális alkalmazási lehetőségeit” – fogalmazott a nemrégiben MTA Akadémiai Ifjúsági Díjjal is kitüntetett műegyetemi szakember.

Tipikus példák heterogén anyagokra, amelyekben a Fourier-tól eltérő viselkedést megfigyeltük (L mutatja a próbatestek karakterisztikus méretét) .

A) Nagypórusú fémhab. B) Szársomlyói mészkő. C) Fémorganikus térhálós minta. D) Nagyporozitású szénhab.

Átfogó tudományos publikációjában a hővezetés szakterületét úgy tekintette át, hogy az egyes résztémákba beépítette saját eredményeit is. A tanulmányban részletesebben ír többek között az ún. alacsony hőmérsékletű (~20 K) hővezetési jelenségek modellezéséről, a heterogén anyagok modellezéséről, az alacsony nyomású gázokról, valamint nanométer körüli méretskálán megjelenő hővezetési jelenségekről is. „Tudományos eredményeimet a karunkon, tanszékünkön zajló nagyszerű együttműködéseknek és akadémiai tehetséggondozásnak is köszönhetem. Kiváló kutatótársakkal, fiatal, posztgraduális kollégákkal dolgoztam együtt egy-egy eredmény megszületésén” – méltatta tudományos közösségét Kovács Róbert Sándor.

Fehér Annával (PhD-hallgató, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék, BME GPK) közösen dolgoznak a heterogén anyagok főként kísérleti szempontú leírásán és alkalmazási lehetőségein elsősorban a villamos-, építő- és gépészmérnöki területeken.

Szücs Mátyással (egyetemi adjunktus, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék, BME GPK), Fülöp Tamással (egyetemi docens, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék, BME GPK) és Ván Péterrel (tudományos tanácsadó, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék, BME GPK) közösen egyrészt a termodinamikai modellezési háttéren, másrészt a megoldási módszerek fejlesztésén dolgoznak, ugyanis az újabb hővezetési modellek olyan új szempontok figyelembevételét kívánják meg, amire a hagyományos programok, eljárások nem feltétlenül alkalmasak. Közös kutatásuk célja egy, a Fourier-törvénynél lényegesen szélesebb körben alkalmazható hővezetési modell megalkotása a mérnökközösség számára. E modell létrehozásának körülményeit közösen vizsgálják a BME GPK szakemberei, ennek érdekében egyre több irányban szélesítik együttműködésüket, így például a Fourier-én túlmutató különböző modellek tesztelésében is.

Kovács Róbert Sándor már egy évtizede foglalkozik választott szűkebb szakterületével. MSc-s hallgatóként kezdett együttműködni Ván Péterrel, akivel közösen két tudományos diákköri pályamunkát is készítettek: előbbivel harmadik helyezést értek el az intézményi fordulón, míg utóbbival első helyet az intézményi, majd az OTDK rendezvényen is. PhD-dolgozatát is ebben a témában írta, és azóta is e mérnöki alkalmazások megismerésének szentelte pályáját. Az ERC Starting Grant felhívásra is benyújtotta pályázatát, és bejutott a 2. fordulóba, ami európai uniós szinten a legjobb 20%-ot jelenti. Végül nem került be a kiválasztott kutatási tervek közé, ám a bírálat során kapott pozitív visszajelzések igazolják számára e téma elismertségét és fontosságát.

Kovács Róbert Sándor kiemelte, hogy a mostani publikációs felkérés mellett komoly eredmény, hogy kutatótársaival egyre több, a mérnöki gyakorlat számára is hasznosítható megállapításuk van. Széleskörben együttműködik akadémiai kutatótársaival: Orbulov Imre (dékán, egyetemi tanár, Anyagtudomány és Technológia Tanszék, BME GPK) kutatócsoportjával kompozit fémhabok termikus vizsgálatát végzik, és a fémhabok kapcsán hőtároló-hőcserélő technológia kidolgozásán, annak termikus vizsgálatán dolgoznak. László Krisztinával (csoportvezető egyetemi tanár, Felületkémiai Csoport Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék, BME VBK) közösen a gáztárolásban nagy szerepet játszó fémorganikus térhálós anyagokat elemzik. Géczy Attilával (egyetemi docens, Elektronikai Technológia Tanszék, BME VIK) pedig biológiailag lebomló NYÁK szerkezetek termikus vizsgálatában vesz rész. Ezenkívül olyan szénhabokat is elemez, amelyekből új generációs detektor szerkezeti vázát tervezi felépíteni a CERN-ALICE csoport, míg egyik tanszéki ipari partnerükkel közösen pedig termikus méréstechnológiai kísérleteket folytat. E projektek során szerzett tapasztalatait is összefoglalja az Elsevier-ben nemrég megjelent publikációjában.

A bme.hu-nak adott interjúban arról is kérdeztük a műegyetemi kutatót, mely mérnöki gyakorlati területen hasznosulhatnak következtetései. Ilyenek lehetnek például a különféle gyártástechnológiai feladatok, a 3D nyomtatás, valamint különböző haboknak és a habosítás folyamatának tervezésében is hasznát vehetik. Általánosan használható pontosabb méréstechnológiai berendezések tervezéséhez, mérések kiértékeléséhez, például a világ egyik legérzékenyebb műszere, az ún. Einstein Teleszkóp gravitációs hullámdetektor működése közben érzékelt zajokban fellelhető termikus hatások során is hasznosíthatók. Kutatásai pedig kapcsolódnak különböző energetikai berendezések, hőtárolók, fázisváltó anyagok modellezéséhez is.

Az interjú zárásaként Kovács Róbert Sándor jövőbeli terveiről is beszélt: folytatja akadémiai karrierjét, és e témában tervezi elkészíteni MTA doktori disszertációját is.

TZS-KJ

Fotók forrása: Kovács Róbert Sándor, Geberle B.