Nagrody Naukowe Wydziału IV Nauk Technicznych PAN w 2012
Komisja Nagród Naukowych Wydziału IV Nauk Technicznych PAN na posiedzeniu, które odbyło się 28 września 2012 roku wyłoniła sześcioro kandydatów do Nagród Naukowych Wydziału, 18 października 2012 r. zebranie plenarne przyjęło listę laureatów.
Nagrody Naukowe Wydziału IV Nauk Technicznych PAN w 2012 roku otrzymali:
Nagroda im. Wacława Olszaka: dr hab. inż. Katarzyna Kowalczyk–Gajewska (Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN) za monografię habilitacyjną Micromechanical modeling of metals and alloys of high specific strengths.
Nagroda im. Bohdana Stefanowskiego: dr hab. inż. Damian Slota (Politechnika Śląska) za cykl dziesięciu artykułów przedstawiający autorski algorytm rozwiązywania odwrotnego zagadnienia Stefana,
dr Łukasz Dębowski (Instytut Podstaw Informatyki PAN) za cykl samodzielnych artykułów z zakresu lingwistyki komputerowej,
dr hab. inż. Jarosław Guziński (Politechnika Gdańska) za monografię Układy napędowe z silnikami indukcyjnymi i filtrami wyjściowymi falowników. Zagadnienia wybrane,
dr inż. Kinga Skalska (Politechnika Łódzka) za pracę doktorską Badanie procesu utleniania tlenków azotu za pomocą ozonu,
Nagroda im. Witolda Budryka: dr hab. Adam Smoliński (Główny Instytut Górnictwa) za rozprawę habilitacyjną Niekonwencjonalne metody wykorzystywania węgla kamiennego do otrzymywania gazu bogatego w wodór.
Nagroda im. Wacława Olszaka dr hab. inż. Katarzyna Kowalczyk-Gajewska
(Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN)
Mikromechaniczne modelowanie metali i stopów o wysokiej wytrzymałości właściwej.
Rozprawa dotyczy różnych metod mikromechanicznej analizy sprężysto-(lepko)plastycznych polikryształów metali i stopów o wysokiej wytrzymałości właściwej. Rozprawa składa się z siedmiu rozdziałów. Rozdział pierwszy omawia cel i zakres podjętych badań oraz ich znaczenie. W rozdziale drugim sformułowano model konstytutywny kryształu deformującego się przez poślizg i bliźniakowanie, w szczególności własną procedurę reorientacji uwzględniającą pojawianie się orientacji bliźniaczych w rozważanym agregacie polikrystalicznym oraz prawo umocnienia uwzględniające sprzężenia zachodzące pomiędzy mechanizmami. Rozdział trzeci dotyczy metod szacowania właściwości makroskopowych materiałów polikrystalicznych opisanych lokalnie liniowym prawem konstytutywnym. Wykorzystując inwariantne rozkłady tensora IV-ego rzędu, znaleziono odpowiednie wzory analityczne, pozwalające oszacować np. makroskopowe moduły sztywności dla liniowej sprężystości czy naprężenia płynięcia dla liniowego ustalonego pełzania polikryształów o niskiej symetrii. Przedyskutowano istnienie i jednoznaczność rozwiązań. Rozdział czwarty został poświęcony analizie istniejących modyfikacji podejścia wewnętrznie-zgodnego dla nieliniowych równań konstytutywnych. W rozdziale piątym przedstawiono trój skalo wy model mikromechaniczny polikryształów o substrukturze lamelarnej. Przedstawiono również propozycję rozszerzenia opracowanego formalizmu na duże deformacje niesprężyste, w szczególności opracowano model ewolucji tekstury w elemencie polikrystalicznym w obecności substruktur lamelarnych. W rozdziale szóstym przedstawiono oryginalną ideę sekwencyjnej linearyzacji sprężysto-lepkiej odpowiedzi materiału, którą następnie zastosowano do wyznaczania właściwości makroskopowych lepkosprężystego materiału niejednorodnego przy wykorzystaniu schematu wewnętrznie-zgodnego. Ostatni rozdział podsumowuje najważniejsze rezultaty i płynące z nich wnioski oraz wskazuje kierunki możliwych dalszych badań.
Nagroda im. Bohdana Stefanowskiego: dr hab. inż. Damian Słota
(Politechnika Śląska)
W zgłoszonych pracach Kandydat przedstawił opracowany przez siebie algorytm, pozwalający na rozwiązywanie odwrotnego zagadnienia Stefana. Wykorzystując zadaną informację o położeniu granicy rozdziału faz lub pomiaru temperatury w wybranych punktach obszaru zbudowany został funkcjonał określający błąd rozwiązania przybliżonego. Do jego znalezienia wykorzystano algorytm ewolucyjny. W algorytmie wykorzystano także metodę regularyzacji Tichonowa. Do wyznaczania wartości parametru regularyzacji wykorzystywano zasadę niezgodności oraz metodę L-krzywej. Przedstawiono również porównanie wyników obliczeń tego samego przykładu dwoma metodami: metodą Neldear-Meada oraz algorytmem ewolucyjnym. Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że zastosowanie algorytmów ewolucyjnych wpłynęło na poprawę uzyskiwanych wyników. Przedstawiono także adaptację algorytmu do odtworzenia warunków chłodzenia w krystalizatorze i w strefie chłodzenia wtórnego w przypadku dwu- i trójwymiarowego modelu procesu ciągłego odlewania. W kolejnej pracy przedstawiono algorytm odtwarzania współczynnika wnikania ciepła w zagadnieniu odwrotnym dla krzepnięcia stopów dwuskładnikowych.
Damian Słota zajmował się także zastosowaniem różnych metod do rozwiązania bezpośrednich oraz odwrotnych zagadnień przewodzenia ciepła w obszarach w których występowały (lub nie) przemiany fazowe. Jedną z wykorzystywanych metod była homotopijna metoda perturbacyjna, pozwalająca wyznaczać rozwiązanie (dokładne lub przybliżone) nieliniowych równań operatorowych.
Damian Słota wraz ze współautorami opracował także nową metodę odwracania pewnego rodzaju macierzy blokowych, powstających podczas modelowania matematycznego serwomechanizmu pozycjonowania głowic dysków twardych.
Główne zainteresowania naukowe Damiana Słoty dotyczą bezpośrednich i odwrotnych zagadnień przewodzenia ciepła. Zajmuje się on także zastosowaniami matematyki w naukach technicznych i ekonomii oraz matematyką teoretyczną. Damian Słota jest autorem lub współautorem 173 publikacji, w tym: 44 opublikowanych w czasopismach z „listy filadelfijskiej", 70 w innych czasopismach, 43 w materiałach konferencyjnych, czternastu książek oraz dwóch skryptów. Jego prace były cytowane 88 razy, natomiast książki 30 razy (dane bez autocytowań, przy uwzględnieniu czasopism nie odnotowywanych w bazach ISI Web of Knowledge i Scopus), ISI Web of Knowledge: 142 cytowań (42 bez autocytowań), indeks h=8; Scopus: 167 cytowania (40 bez autocytowań), indeks h=8.
dr Łukasz Dębowski
(Instytut Podstaw Informatyki PAN)
Najważniejszym nurtem badań Łukasza Dębowskiego są teorioinformacyjne podstawy modelowania języka naturalnego. Korzystając z aparatu matematycznego zaproponowanego przez Crutchfielda i Feldmana w 2003 Dębowski rozwinął warsztat pojęciowy, który opiera się na teorii informacji i oferuje makroskopowy punkt widzenia na ludzką komunikację. Głównym osiągnięciem Ł. Dębowskiego jest powiązanie empirycznych praw rozkładu słów z obserwacją, że teksty opisują różne fakty w sposób wysoce powtarzalny i logicznie spójny. Powiązanie ma postać stwierdzenia, które można wyrazić nieformalnie w sposób następujący, gdzie ß zawiera się w przedziale (0,1): Jeżeli tekst długości n opisuje co najmniej nß niezależnych faktów w sposób powtarzalny, to tekst ten zawiera co najmniej nß/log n różnych słów (przy odpowiedniej kwantyfikacji po n).
Warsztat Dębowskiego może być przydatny również przy studiowaniu innych systemów komunikacyjnych (DNA, białka, programy komputerowe, muzyka, teksty matematyczne). Jednocześnie, jego wyniki wzbogaciły wiedzę o procesach stochastycznych.
Wyniki Dębowskiego, bardzo trudne i ważne, dotyczą zatem fundamentalnych kwestii lingwistyki komputerowej i ponadto rzucają nowe światło na teorię adaptacyjnych układów złożonych, które komunikują się w sposób częściowo losowy za pomocą złożonych sygnałów i uczą się na podstawie wzajemnej komunikacji.
Łukasz Dębowski jest badaczem o wybitnych zdolnościach. Nieunikniona złożoność jego badań sprawia, że na razie mogą się cieszyć pełnym uznaniem i zrozumieniem jedynie najlepszych badaczy na świecie.
dr hab. inż. Jarosław Guziński
(Politechnika Gdańska)
Układy Napędowe Z Silnikami Indukcyjnymi I Filtrami Wyjściowymi Falowników. Zagadnienia Wybrane.
W pracy przedstawiono zagadnienia związane z napędami silników indukcyjnych klatkowych zasilanych z falowników napięcia, w których zastosowano filtry bierne na wyjściu falownika ograniczające negatywne skutki zasilania falownikowego. Wprowadzenie filtru zmienia strukturę układu tak, że jego działanie może być nieprawidłowe. Praca wprowadza w problemy składowej wspólnej napięcia i prądu pojawiające się przy zasilaniu falownikowym silników. Przedstawiono i omówiono schemat zastępczy obwodu składowej wspólnej prądu, prądy łożyskowe i napięcie wałowe. Omówiono metody pasywne ograniczania składowej wspólnej prądu oraz pokazano możliwości aktywnego ograniczenia przez modyfikacje modulatora szerokości impulsów. Zaprezentowano model silnika indukcyjnego użyty w symulacji oraz przy analizie estymatorów stanu i układów regulacji uwzględniających obecność filtru. Przedstawiono i przeanalizowano podstawowe struktury filtrów: sinusoidalny, składowej wspólnej oraz filtr du/dt oraz zaprezentowano zasady projektowania. Główna część pracy dotyczy zagadnień estymacji zmiennych stanu i problemów sterowania w falownikowym układzie napędowym z filtrem sinusoidalnym. Przedstawiono osiem rodzajów obserwatorów, których zależności uwzględniają obecność filtru sinusoidalnego. Zaprojektowane obserwatory umożliwiają obliczanie prędkości kątowej oraz strumieni wirnika i stojana silnika, oraz innych zmiennych układu regulacji. Rozpatrzono zagadnienie wpływu filtru na sterowanie napędem elektrycznym, pracującym w zamkniętym układzie sterowania bez czujnika prędkości kątowej wału i odpowiednio zmodyfikowano metody sterowania: połowo zorientowanego, nieliniowego oraz z regulacją kąta obciążenia. Każdą strukturę obserwatorów i regulatorów scharakteryzowano oraz pokazano zależności matematyczne i omówiono właściwości. Porównano działanie układów bez uwzględnienia, jak i z uwzględnieniem filtru wskazując na nieprawidłowe działanie układów napędowych w przypadku braku zaproponowanych zmian w procesach estymacji i sterowania. Właściwości regulacyjne porównano i oceniono prowadząc obszerne badania symulacyjne i eksperymentalne. Zawarto opis regulatora predykcyjnego prądu silnika dla napędu z dławikiem silnikowym wykorzystujący obserwator siły elektromotorycznej. Zaprezentowano diagnostykę uszkodzeń mechanicznych i klatki wirnika dla otwartego i zamkniętego układu sterowania silnikiem indukcyjnym przy użyciu zmodyfikowanych obserwatorów momentu oraz analizy sygnałów sterujących. Całość rozwiązań oparto na wykorzystaniu łatwo dostępnych w falowniku sygnałów pomiarowych. Do symulacji opracowano dedykowane oprogramowanie w C. W eksperymentach użyto nowoczesne systemy z procesorami sygnałowymi. Rozwiązania testowano dla szerokiego zakresu mocy od 0,75 kW do 22 kW a metody diagnostyczne w napędach trakcyjnych 120 kW i 1,2 MW.
dr inż. Kinga Skalska
(Politechnika Łódzka)
Badanie procesu utleniania tlenków azotu za pomocą ozonu
W ramach pracy doktorskiej podjęto badania dotyczące procesu ozonowania tlenków azotu jako metody ograniczania ich emisji do atmosfery. Proponowane rozwiązanie polega na zastosowaniu wstępnego utleniania NOx zawartych w gazach odlotowych w celu zwiększenia w nich ilości dobrze rozpuszczalnych tlenków azotu, tj. głównie pentatlenku azotu N205. Po procesie utleniania, powstałe wyższe tlenki azotu mogą być usuwane z gazów odlotowych w procesie absorpcji. Otrzymanie wyższych tlenków azotu zwiększa wydajność procesu absorpcji gazów odlotowych.
Zakres pracy obejmował: 1) badania laboratoryjne, tj.: a) badania wstępne: identyfikacja substratów i produktów reakcji w widmie FTIR oraz wyznaczenie krzywych kalibracyjnych; b) badania właściwie procesu ozonowania NOx tj.: wyznaczenie optymalnego stosunku ozonu do substratów; określenie wpływu czasu przebywania mieszaniny reakcyjnej w reaktorze na efektywność ozonowania; opracowanie modelu kinetycznego procesu ozonowania NOx; wyznaczenie stałych szybkości reakcji występujących w układzie NOx z O3; określenie możliwości opracowania metody jednoczesnego usuwania NOx i N2O z gazów odlotowych z instalacji kwasu azotowego, przez łączne zastosowanie ozonu i promieniowania UV; 2) badania na rzeczywistych gazach odlotowych z pilotowej instalacji kwasu azotowego w Instytucie Nawozów Sztucznych w Puławach.
Stwierdzono, że tlenki azotu NO i NO2 można usuwać z gazów odlotowych za pomocą ich ozonowania do wyższych tlenków azotu. Przeprowadzono również serię eksperymentów, w których gazy poreakcyjne absorbowano w 0,01 M roztworze NaOH. Rezultaty tych doświadczeń potwierdziły wyższą skuteczność absorpcji gazów poreakcyjnych poddanych ozonowaniu przy stosunku molowym O3/NO > 2 niż przy stosunku O3/NO zbliżonym do 1.
Wyniki badań w Instytucie Nawozów Sztucznych w Puławach pozwoliły potwierdzić skuteczność procesu ozonowania NOx oraz brak wpływu N20 obecnego w gazach na proces ozonowania.
Metoda ta może zapewnić wysoki stopień redukcji emisji NOx do atmosfery, tj. > 90%. Zastosowanie tej metody w zakładach azotowych, oprócz usunięcia NOx z gazów odlotowych, może prowadzić do utylizacji tlenków azotu do kwasu azotowego. Metodę można uznać za bezodpadową, gdyż powstały HN03 może być zawrócony do odprowadzany do instalacji kwasu azotowego.
Nagroda im. Witolda Budryka dr hab. Adam Smoliński
(Główny Instytut Górnictwa)
Niekonwencjonalne metody wykorzystywania węgla kamiennego do otrzymywania gazu bogatego w wodór
Zwiększanie wydobycia węgla wiąże się z koniecznością eksploatacji coraz głębiej zalegających pokładów, co wpływa na wzrost kosztów jego pozyskiwania oraz na zwiększenie ryzyka wystąpienia zagrożeń naturalnych. Duże nadzieje, wiąże się- obecnie z rozwojem technologii zgazowania węgla, stanowiących alternatywę dla stosowanych metod jego użytkowania i wydobycia.
Podjęte przez autora i przedstawione w pracy badania eksperymentalne dotyczyły oceny przydatności polskich węgli kamiennych do procesu zgazowania do gazu bogatego w wodór. Poprzedzono je analizą, krajowych zasobów węgla. Badania reaktywności karbanizatów. węglowych według autorskiej metodyki oraz autorskiej koncepcji produkcji gazu bogatego w wodór w procesie zgazowania węgla parą wodną w obecności Fe2O3 i CaO, przeprowadzono w zaprojektowanej przez Autora instalacji badawczej z reaktorem ze złożem stałym, z zastosowaniem próbek pobranych z wybranych pokładów kopalń węgla kamiennego, przewidzianych da długoletniej eksploatacji. Wyniki badań potwierdziły skuteczność koncepcji, polegającej na równoległej realizacji procesu katalitycznego zgazowania węgla i separacji C02 z otrzymanego gazu. W pracy przedstawiono również analizę zależności pomiędzy właściwościami fizykochemicznymi badanych węgli oraz wyznaczonymi wartościami reaktywności karbonizatów, z wykorzystaniem narzędzi chemometrycznych oraz ocenę oddziaływania na środowisko wybranych systemów produkcji energii elektrycznej oraz energii elektrycznej i wodoru w technologii zintegrowanego układu parowo-gazowego ze zgazowaniem węgla z zastosowaniem metody oceny cyklu życia.
Przedstawiona analiza potwierdziła wystarczalność i przydatność krajowych zasobów węgla do zgazowania w skali przemysłowej oraz zasadność rozwoju tych technologii w Polsce, jaka rozwiązań zapewniających hardziej racjonalna użytkowanie. zasobów węgla, a w przyszłości również użytkowanie (w technologii podziemnego zgazowania węgla) zasobów do tej pory nieobjętych eksploatacją górniczą ze względów ekonomicznych lub bezpieczeństwa.
Adam Smoliński
Anna Tascher, Peter Baudrexl, Władysław Włosiński
Damian Słota
Jarosław Guziński, Adam Smoliński, Damian Słota, Łukasz Dębowski
Jarosław Guziński
Katarzyna Kowalczyk–Gajewska
Kinga Skalska
Łukasz Dębowski
Peter Baudrexl, Anna Tascher, Marian Kaźmierkowski
Nagrody Naukowe Wydziału IV Nauk Technicznych PAN w 2012