A nagyméretű térszámítási problémák egyre pontosabb megoldása napjaink egyik kiemelt feladata, amely számos gyakorlati alkalmazási lehetőséggel kecsegtet. Közös jellemzőjük, hogy a részleteiben modellezett elemek és az ezekből összeállított nagyméretű eszköz szimulációjával foglalkoznak, amelyhez e kettősség és a számítási erőforrások szűkössége miatt új technikák alkalmazására van szükség.

Ebben a munkaszakaszban folytattuk a korábban megkezdett munkát, amelynek keretében reflexiómentes kamrák (elektromágneses „süketszobák”) numerikus analízisét végeztük el viszonylag széles sávban, a 30-300 MHz frekvencia tartományban. Az ilyen típusú problémák analízise még manapság is kihívást jelent, mivel itt egy elektromágneses szempontból “nagy” tértartományt kell megfelelő részletességgel modellezni (a kamra falai rendszerint valamilyen komplex geometriájú elnyelő anyaggal vannak befedve). A hatékony modellezés alapja az, hogy a teljes problémát két alfeladat megoldására bontjuk: először az abszorber struktúrát vizsgáljuk, és előállítjuk annak egy ekvivalens, de egyszerűsített modelljét.

A modellt végeselemes környezetben hoztuk létre. Ennek segítségével vizsgálható a reflexiómentes kamrák működése és megfelelősége, amely nagy fontosságú a különböző elektromágneses eszközök kompatibilitás-vizsgálatánál (EMC). Az elektromágneses süketszoba működésének mélyebb megértése ezen felül segítséget jelenthet azok tervezésénél is. A számítások eredményeiből Benkő Péter doktorandusz tartott előadást a 2012. február 10-én rendezett PhD Workshop-on, amelyet a BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar doktori iskolái szerveztek a projekt keretében.

A kidolgozott ekvivalens modell alkalmas arra, hogy a nagyméretű reflexiómentes kamra széles frekvenciatartományú számításához használjuk (a falat borító bonyolult abszorberstruktúra lecserélésével). Ahhoz azonban, hogy a virtuális kamrát a valóságos kamrák minősítéséhez használt szabványok szerint vizsgálhassuk, szükség van a hullámforrás – esetünkben az adóantenna – modellezésére. Az antennák modellezésére hatékony, a momentum-módszeren alapuló, párhuzamos számítási módszert sikerült kidolgozni, amelyet CUDA-környezetben implementáltunk. A témában cikket küldtünk be az International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics című folyóirathoz, amelyet nemrég közlésre elfogadtak. Címe „Fast Analysis of Metallic Antennas by Parallel Moment Method Implemented on CUDA”, szerzői Kiss Imre, Benkő Péter Tamás és Gyimóthy Szabolcs.

A nagy számítási igényű elektrosztatikai problémák közül, a villámok kialakulásakor megjelenő igen nagy töltéssel rendelkező töltésgócok, továbbá az elő- és az ellenkisülés vizsgálatára alkalmas számítási modellt dolgoztuk ki. A kidolgozott modellel a villám becsapási helye nagyobb pontossággal meghatározható. A számítások során nagyszámú villámcsapás modellezése szükséges ezért a modell számítási igényei jelentősek, ezért a modell pontosítása szuperszámítógépen történik. Az eredményeket a projekt eredményeit bemutató tavaszi Workshopon publikáltuk.

Elkészítettük a magashőmérsékletű, induktív zárlati áramkorlátozó végeselemes, csatolt elektromágneses és termikus térszimulációjat állandósult és hirtelen rövidzárlati állapotokra. A probléma nagybonyolultságú, a modellezett szupravezető alkatrész anizotróp és hiszterézises, továbbá a szimuláció a vasmag nemlinearitását is figyelembe veszi. Az elvégzett mérések alapján alapján megállapítottuk, hogy a numerikus számítás és a mérések  kvalitatív és kvantitatív egyezése igen jó, de további pontosításokat igényel, ezek számításigénye a kutatások szerint igen nagy lehet.

Az ipari elektrosztatika széles körben alkalmazott eszköze az elektrosztatikus porleválasztó berendezés. Ezen berendezések a levegőtisztaság-védelem fontos eszközei. A porkibocsátás csökkentése szempontjából fontos és gazdaságos megoldás a létező berendezések felújítása a legmodernebb technológiával. A technológia összetettsége és költségei miatt elengedhetetlen a készülő berendezés modellezése, mivel az utólagos módosítások nehézkesek és költségesek. A berendezések modernizálásának egyik fontos lépése az impulzus üzemű táplálás telepítése. Ez a táplálás µs nagyságrendű feszültségimpulzusokkal működik. A táplálás gyors feszültségváltozásai a leválasztó térben gyors tértöltés változást eredményeznek. A modellezés során ezeket a gyors tértöltés változásokat figyelembe kell venni, ami rövid modellezési időlépéseket tesz szükségessé. A tértöltések kialakulását igen sok tényező befolyásolja. A por fajlagos vezetőképessége, permittivitása, a gázáramlás sebessége, az alkalmazott feszültség nagysága, impulzus szélessége, felfutási ideje, az ionok tértöltés és a már feltöltött porszemcsék tértöltése. Az így kialakuló potenciál eloszlás és tértöltés eloszlás analitikus úton nem határozható meg, csak numerikus módszerekkel. A numerikus számítások során a sok paraméter és a számított potenciál és töltéseloszlás egymásra hatása miatt többszöri iteráció szükséges. Mivel a leválasztás folyamatában a felfogó elektródokon a leválasztott porréteg a táplálás feszültségváltozásaihoz képest nagyon lassan vastagodik és a leválasztott por is befolyásolja a további leválasztást (pl. ellenkorona-kisülés kialakulása nagy fajlagos ellenállású porok esetében), így fontos a hosszú időtartam modellezése.