GT-01: Rask termodynamikk for strømningsberegninger

Motivasjon og relevans

FNs klimapanel, IPCC, og flere andre, har slått fast at for å begrense den globale oppvarmingen i henhold til Paris-avtalen, så er det nødvendig å gjennomføre en rekke tiltak. Ett av disse tiltakene er fangst, transport og lagring av CO₂ (CCS). Her fanges CO₂, som ellers ville ha blitt sluppet ut fra industrielle prosesser, og lagres i sikre geologiske formasjoner under bakken eller under havbunnen.

I det internasjonale energibyråets (IEAs) scenario for å oppnå nullutslipp av klimagasser blir det fanget og lagret flere gigatonn CO₂ i året ved midten av dette århundret. For å få til dette trengs det et storskala transportnettverk av CO₂, for å frakte CO₂-en fra kilden og sende den til lagring, i samme størrelsesorden som dagens transport av naturgass. Transportnettverket må da naturligvis være både sikkert og effektivt. Da blir det nødvendig med nøyaktige og raske strømningsberegninger for å designe og styre transportnettverket på en god måte. Slike strømningsberegninger har vi spesialisert oss på i gruppen «Strømningsfenomener» ved SINTEF Energi. 

Bakgrunn

For CO₂-transport hører strømningsberegninger og termodynamikk tett sammen. CO₂ er en gass ved atmosfæretrykk og romtemperatur, men for effektiv transport vil den ofte holdes under høyere trykk i væskefase. Ved strømning mot lavere trykk kan CO₂-en fordampe og etter hvert også fryse hvis den passerer trippelpunktet.  Strømningsberegninger for CO₂ må derfor ta detaljert hensyn til termodynamikken og fasene CO₂-en kan være i. Dette kan igjen bli påvirket av hvilke urenheter som er blandet sammen med CO₂-en som avhenger av hvor den ble fanget, f.eks. ved en sementfabrikk eller et søppelforbrenningsanlegg.

Det finnes nøyaktige tilstandsligninger for CO₂-blandinger for å regne på dette, men disse krever tunge beregninger som igjen fører til at strømningsberegninger kan ta svært lang tid. Det er derfor nødvendig med raskere metoder for numeriske termodynamikk-beregninger for å kunne regne på situasjoner som: strømning gjennom ventiler, trykkavlastning av CO₂-rør, sikkerhetsberegninger for CO₂-spredning, CO₂-injeksjon, tørrisdannelse og mye mer.

En løsning er å tabulere tilstandsligningen, slik at strømningsberegningen kun «slår opp» i tabellen for å finne det den trenger i stedet for å gjøre de tunge utregningene. Dette kan få strømningsberegninger til å kjøre over ti ganger raskere enn uten tabulering. Et eksempel der slik rask termodynamikk er svært nyttig, er for beregninger av strømning under duktile løpende brudd i rør, som trengs for sikkerhetsvurdering av CO₂-transportrør. 

Oppgaven består i:

Arbeidet består i testing og videreutvikling av tabuleringsmetoder for strømningsberegninger; det kan vurderes hvorvidt maskinlæring kan være aktuelt i stedet for å bruke tabeller. Arbeidet vil innebære koding i Python, og videreutvikling av grensesnitt («interface») til kode i Fortran (termodynamikk, tabulering og strømningskode). Det er en fordel om arbeidet kan videreføres i en prosjekt- og masteroppgave. 

Oppgaven består i å:

• Sette seg inn i nåværende tabuleringsverktøy og relevant termodynamikk
• Arbeide med Fortran til Python-grensesnitt for å samkjøre koder
• Teste tabuleringsverktøy og bruk i strømnings-kode
• Vurdere mulige forbedringer og nye metoder for rask termodynamikk-beregning 

Forutsetninger

Det er en fordel at sommerforskeren har kjennskap til (eller evne til å sette seg inn i):

• Programmering (Python, Fortran)
• Fluiddynamikk og termodynamikk
• CCS  

Slik søker du:

Søknad, CV og karakterutskrifter lastes opp der du søker.

Hos SINTEF Energi kan du søke på opptil tre sommerjobber. Om du søker på flere sommerjobber sender du en samlet søknad. Jobbnummer for de ønskede jobbene legges som overskrift i søknadsteksten i prioritert rekkefølge (f.eks GT-01, TE-04 ...). Vi gjør oppmerksom på at søkere kan vurderes for andre sommerjobber enn de har søkt på.

Stillingene fylles fortløpende. Vi anbefaler deg derfor å søke tidlig.

Søk her

Søknadsfrist er 02. november kl 23.59. 

Se alle sommerjobber i SINTEF Energi