Titel Promotor Affiliaties "Korte inhoud" "Onderzoek naar geluid van geleide ventilatoren: van datagestuurde modellering van wanddrukspectra tot de effecten van vervormde instromen" "Wim Desmet" "Mecha(tro)nische SysteemDynamica (LMSD)" "De akoestische emissie van ventilatorsystemen met kleine kanalen in verwarmings-, ventilatie- en airconditioningtoepassingen is een groeiend probleem vanwege de steeds strengere regelgeving en de groeiende belangstelling van klanten voor stillere omgevingen. Dit onderzoek richt zich op de geluidsemissie van kleine axiaal- en centrifugaalventilatoren in deze producten.Het geluid dat wordt gegenereerd door een axiale ventilator voor matige instroomturbulentie en bij hoge frequenties wordt veroorzaakt door de interactie van de turbulente grenslaag met de scherpe achterrand van het vleugelprofiel, wat de juiste benadering van de wanddrukfluctuatie vereist. Bestaande spectrale modellen voor wanddruk zijn echter alleen geldig gebleken binnen specifieke bereiken van de drukgradiënt en stromingsomstandigheden. Bovendien varieert hun formulering sterk, afhankelijk van de gegevens waarop de modellen zijn gebaseerd. Om te profiteren van het toenemende aantal experimentele en numerieke datasets die beschikbaar zijn in de literatuur, stellen we voor om machine learning te gebruiken om nieuwe modellen van wanddrukspectra te onderzoeken die gegevens van verschillende oorsprong combineren. We zijn begonnen met het gebruik van de symbolische regressiemethode genaamd Gene Expression Programming (GEP). Deze methode is nuttig bij het bieden van begrijpelijke analytische expressie van complexe datasets. Hun toepassing voor het modelleren van wanddrukspectra vereiste echter verschillende aanpassingen die tijdens dit onderzoek werden doorgevoerd. Ondanks deze verbeteringen blijft GEP moeilijk te convergeren wanneer de te verkennen parameterruimte groot wordt. Daarom worden kunstmatige neurale netwerken (ANN's) als alternatief beschouwd. ANN's zijn eenvoudig te ontwikkelen, goed schaalbaar voor grote datasets en passen uitstekend bij de data. Ze hebben echter de neiging om te overfitten en hebben grote onzekerheden buiten hun trainingsbereik. Ondanks hun respectievelijke beperkingen waren zowel de GEP als de ANN's in staat om nieuwe spectrale modellen voor wanddruk voor te stellen die gegevens van verschillende oorsprong en stromingsomstandigheden bevatten.Vanwege hun compacte ontwerp wordt het geluid van de centrifugaalventilator gedomineerd door het complexe stromingspatroon in de behuizing, en de exacte aerodynamische ruisgenererende mechanismen moeten nog worden opgehelderd. Verschillende concurrerende mechanismen voor het genereren van geluid dragen bij aan de onstabiele bladbelasting, waarvan de modellering van cruciaal belang is voor voorspellingen van het geluid van centrifugale ventilatoren. We stellen voor om schaal-opgeloste numerieke simulaties te gebruiken om de stromings-topologie binnen de ventilator en de concurrerende geluidsmechanismen beter te begrijpen. We hebben sterke correlaties waargenomen tussen de bladbelasting en de experimentele akoestische metingen.Ten slotte wordt de akoestische prestatie van luchtverplaatsende ventilatoren traditioneel gekenmerkt door een geïdealiseerde instroom. Vanwege compactheidsvereisten en andere installatiebeperkingen wordt echter zelden aan deze voorwaarden voldaan als de ventilator eenmaal in het eindproduct is geïnstalleerd. Die installatie-effecten worden onvoldoende begrepen, al kunnen ze de geluidskwaliteit van bepaalde ventilatorimplementaties echt aantasten. Het is noodzakelijk om de belangrijkste fysieke mechanismen te begrijpen die betrokken zijn bij het aanpakken van deze integratieproblemen. Een methodologie die experimentele en numerieke activiteiten combineert, is geïmplementeerd om de effecten van ventilatorinstallaties aan te pakken. Aan de experimentele kant is een akoestische testfaciliteit met meerdere poorten verder ontwikkeld en aangepast om zowel axiale als centrifugale ventilatoren te huisvesten. Er zijn enkele problemen opgetreden met betrekking tot de toepassing van de methode met meerdere poorten op een ventilator in een kanaal met een kleinere diameter, aangezien de verkleining van het diametergedeelte de inschakelfrequenties verandert van de module waarin de ventilator is geïnstalleerd. Dit verhindert nauwkeurige metingen van de reflectiecoëfficiënten van de kanaalafsluitingen. De impact van installatie-effecten is onderzocht met behulp van vervormingsroosters stroomopwaarts van de ventilator. De monitoring van de akoestische emissie en aerodynamische prestaties van de axiale en centrifugale ventilator toonde aan dat installatie-effecten zowel het ventilatorgeluid als de bedrijfsomstandigheden sterk beïnvloeden. Met behulp van gelijkeniswetten hebben we aangetoond dat de impact van aerodynamische prestatieveranderingen alleen onvoldoende is om de totale impact van vervormde instromen op het akoestische vermogen van de ventilator te verklaren. Over het algemeen verhoogde de turbulentie van de instroom de breedbandruis van de ventilator en verminderde de niet-uniforme instroom de tonale ruis van de ventilator. De impact van installatie-effecten hangt echter sterk af van het ontwerp en de architectuur van de ventilator. Daarom is het moeilijk om algemene schaalregels te ontwerpen. Wat de numerieke kant betreft, is er ook voor gekozen om de schaalopgeloste simulaties van de centrifugale ventilatoreenheid uit te voeren die is onderworpen aan een uniforme en verstoorde instroom om de impact van de installatie-effecten beter te begrijpen. Onder vervormde instroom was de periodieke bladbelasting veroorzaakt door de passage van het blad voor de slakkenhuistong aanzienlijk verminderd. Daarentegen werden de willekeurige schommelingen van de bladkracht vergroot. Dit verklaart zowel de afname in tonale ruis als de toegenomen breedbandruisniveaus die experimenteel zijn waargenomen." "Analyse van elektrochemische laminaire stromingsreactoren: Zelfdragende synthese en de effecten van ultrageluid" "Simon Kuhn" "Afdeling Procestechnologie voor Duurzame Systemen, Functionele Materialen, Duurzame Chemie voor Metalen en Moleculen" "De elektrochemische synthese van organische moleculen biedt unieke controle over de omstandigheden waarin reacties plaatsvinden: De elektrische stroom bepaalt de omzetting en het aangelegde spanningsverschil bepaalt de selectiviteit. Elektrolyse wordt daarom gezien als een aantrekkelijke methode voor de productie van fijnchemicaliën en farmaceutische componenten. Hoewel bekervormige cellen de standaarduitrusting zijn voor meeste studies, maken sommige onderzoeksgroepen gebruik van kleinschalige, continue, parallelle plaatreactoren. De elektrodes worden dan zo dicht mogelijk tegenover elkaar geplaatst, enkel uiteengehouden door een dunne, niet-geleidende afstandshouder waardoor de elektrolyt stroomt. Zowel de grote en uniforme stroomdichtheden die worden bekomen alsook de minimale hoeveelheid toegevoegde zouten die nodig zijn, behoren tot de voordelen van dit type reactor. In feite is het zelfs mogelijk om organische syntheses uit te voeren zonder enige toevoeging van een inert zout! Deze syntheses zijn dan zelfdragend: Voldoende ionen worden vrijgegeven tijdens de elektrolyse om voor een goede elektrolytische geleidbaarheid te zorgen.Hoewel dit aannemelijk lijkt, is het toch verwonderlijk hoe zo een synthese start. Immers, als er geen ionische stoffen aanwezig zijn, dan kan er geen elektrische stroom door de elektrolyt vloeien. Bijgevolg, als er geen elektrische stroom kan vloeien, dan worden er ook geen extra ionen vrijgegeven. In de veronderstelling dat er toch enkele anionen en kationen worden gemaakt aan respectievelijk de kathode en anode, dan moeten de gegenereerde ionen eerst naar elkaar toe diffunderen vooraleer men van een elektroneutrale toestand kan spreken. Immers, er zijn geen andere ionen aanwezig om dit ladingsoverschot lokaal te compenseren. De twee geladen diffusielagen oefenen dan theoretisch een enorm grote elektrostatische aantrekkingskracht op elkaar uit, die in de praktijk nooit is waargenomen. Het ``Grotthuss'' mechanisme wordt dan aangehaald om deze problemen onder de mat te vegen. Echter de macroscopische mobiliteitsverbetering van het proton is te beperkt om als volwaardige verklaring te worden beschouwd. Bovendien werden zelfdragende syntheses al uitgevoerd in aprotische solventen zoals acetonitril en dimethylformamide.Het voornaamste doel van deze dissertatie is de voormelde paradoxale toestand nader te bekijken en de bijzonderheden van zelfdragende synthese te verhelderen. Eerst werd een pseudospectrale berekeningsmethode ontwikkeld die de Nernst-Planck vergelijkingen met elektroneutraliteitsvoorwaarde oplost voor een arbitrair aantal stoffen, elektrodereacties en homogene reacties. Het ontwikkelde programma werd gevalideerd met bekende limiterende oplossingen en een commercieel softwarepakket (Comsol Multiphysics). Vervolgens werd het programma gebruikt als een betrouwbare referentie bij de uitwerking van benaderende analytische theorieën die de relaties tussen de aangelegde spanning, debiet en stroomdichtheid verduidelijkten. Opmerkelijk was dat alle tegenstrijdigheden verdwenen door aan te nemen dat er altijd een zéér kleine hoeveelheid ionen aanwezig is; ofwel door zelf-dissociatie van het solvent of door onzuiverheden. De positieve terugkoppeling tussen ionencreatie aan de elektrodes en de resulterende geleidbaarheidsstijging leidt uiteindelijk tot een kritisch uitdoofdebiet. Onder dit kritische debiet is de synthese zelfdragend en bekomt men een stroomdichtheid gelijkaardig aan elektrolyse met voldoende toegevoegde zouten. Boven dit kritische debiet worden de enkele gecreëerde ionen uit de reactor gespoeld vooraleer het zelf-versterkend mechanisme in werking treedt. De logaritmische afhankelijkheid van dit kritische debiet op de onvrijwillig toegevoegde ionen die initieel aanwezig zijn, zorgt ervoor dat hun concentratie zéér laag mag zijn: Er zijn bijna altijd voldoende ionen aanwezig om het exponentiële groeiproces te starten indien men de gebruikte solventen of reagentia niet nauwgezet zuivert. Zelfdragende synthese heeft ook gevolgen wanneer de gecreëerde ionen koppelen in een gepaarde synthese. In dit geval zal de koppelingsreactiezone, die in normale omstandigheden in het midden van het kanaal voorkomt, opschuiven naar de elektrodes. Indien het koppelingsproduct vatbaar is voor verdere oxidatie of reductie, dan kan dit de selectiviteit en opbrengst beïnvloeden.Het kritische debiet waaronder zelfdragende synthese mogelijk is, hangt sterk af van de diffusiviteit van de gecre\"eerde ionen. Dit beklemtoont dat menging (of het gebrek daaraan) een belangrijke rol speelt om het exponentieel groeiproces in gang te zetten. Passend binnen het domein van onze onderzoeksgroep, vroegen we ons af of akoestische stroming dit kritische debiet kon verhogen. Omdat akoestische stroming een eerder zwak fenomeen is, werd een methodologie ontwikkeld om een optimaal reactor ontwerp te bekomen. Het gebruikte model veronderstelt een oneindige lang kanaal, aangedreven door periodisch geplaatste piëzo-elektrische elementen. Zowel het piëzo-elektrisch opgewekte ultrageluid, de voortplanting door de elastische reactorwand, de voortplanting in de elektrolyt en de resulterende Rayleigh-stroming kon dan analytisch worden bepaald. Dit laat toe om snel en voor verschillende materialen de optimale elementafstand/werkingsfrequentie in kaart te brengen.Tot slot werden preliminaire experimenten uitgevoerd ter bevestiging van de ontwikkelde theorie voor een mengsel van ferroceen en benzylbromide in acetonitril. Deze proeven leveren een goede aanwijzing dat de ontwikkelde theorie aanneembaar is. Bovendien werd het kritische debiet meer dan verdubbeld bij een gematigde (40 V piek-tot-piek) aandrijving van de piëzo-elektrische elementen. Om de theorie sterker te bevestigen zouden meer werkingscondities en chemische systemen onderzocht moeten worden. Bovendien kan de praktische uitvoering van de reactor nog sterk worden verbeterd. Een dunne luchtlaag tussen de piëzo-elektrische elementen en de reactorwand zorgen voor een te hoog akoestische impedantieverschil en bijgevolg grote energetische verliezen." "AcustiCare: benutting van soundscapes in de zorg" "Paul Devos" "Vakgroep Informatietechnologie" "Het AcustiCare PROJECT wil soundscapes benutten in woonzorg omgevingen, als niet-farmacologische aanpak om de agitatie en stressniveau bij de bewoners te verlagen. Soundscapes warden gedefinieerd als het geheel van continue geluiden, hun akoestische impact en hun perceptie bij een persoon of groep van personen. Binnen dit PROJECT zullen soundscapes in verschillende varianten (al dan niet geindividualiseerd) gecreeerd warden, zal de implementatie in woonzorgcentra (WZC) uitgewerkt warden en de effectiviteit in real life testomgevingen (proeftuinen) getest warden. Hierbij betreft het zowel Akoestisch comfort (passief aspect) als de realisatie van soundscapes (actief aspect). Om de effectiviteit in WZC ten volle tot stand te laten komen, zal in de proeftuinen ook een verhoogd akoestisch comfort gerealiseerd warden. Op die manier wordt oak het pijnpunt van stoorgeluiden aangepakt. Globaal zal de implementeerbaarheid van deze vernieuwende ingrepen in WZC afgetoetst warden, dit zowel voor renovatie- als nieuwbouw projecten, rekening houdend met de verschillende varianten in leefvormen .. Soundscapes warden gedefinieerd als het geheel van continue geluiden, hun akoestische impact en hun perceptie bij een persoon of groep van personen. Binnen dit PROJECT zullen soundscapes in verschillende varianten (al dan niet geindividualiseerd) gecreeerd warden, zal de implementatie in woonzorgcentra (WZC) uitgewerkt warden en de effectiviteit in re·a1 life testomgevingen (proeftuinen) getest warden. Hierbij betreft het zowel Akoestisch comfort (passief aspect) als de realisatie van soundscapes (actief aspect). Om de effectiviteit in WZC ten volle tot stand te laten komen, zal in de proeftuinen oak een verhoogd akoestisch comfort gerealiseerd warden. Op die manier wordt ook het pijnpunt van stoorgeluiden aangepakt. Globaal zal de implementeerbaarheid van deze vernieuwende ingrepen in WZC afgetoetst warden, dit zowel voor renovatie- als nieuwbouw projecten, rekening houdend met de verschillende varianten in leefvormen. De primaire doelgroep van AcustiCare zijn enerzijds bedrijven actief op het vlak van akoestiek, bouwtechniek en audio en anderzijds de uitbaters van WZC. Zij treden op als de economisch actieve spelers binnen het ecosysteem dat gevormd wordt rand de woonzorg. Dit ecosysteem staat ender druk door de toenemende vergrijzing, zorgafhankelijkheid en dementiegraad bij (toekomstige) bewoners van WZC, terwijl de (toekomstige) bewoners wel een steeds hogere levenskwaliteit in een aangename leefomgeving verwachten. Binnen dit PROJECT wordt de focus van de primaire doelgroep duidelijk op de noden en het specifiek karakter van de woonzorg betrokken en warden volgende concrete doelstellingen beoogd: bedrijven begeleiden in hun innovatie rand akoestische comfortverhoging in WZC en soundscape benutting waardoor hun concurrentiele positie zal versterken rekening houdend met hun specifieke marktbenadering en waardoor hun omzet vergroot door de bijkomende afzet naar WZC. WZC voorbereiden op het gebruik van soundscapes (zowel de passieve als de actieve aspecten ervan) waardoor het zorgpersoneel in een aangenamere omgeving kan werken waardoor de werkstress en resulterend werkverzuim vermindert, en waardoor de bewoners een verminderde agitatie zullen vertonen, resulterend in een verminderd medicatiegebruik. De WZC krijgen uitgewerkte handvaten toegereikt om deze noodzakelijke vernieuwingen in de juiste banen te leiden en de implementaties adequaat en kostenefficient door te voeren. Globaal openen deze economische benefits een poort naar zorg-benefits, waardoor de meerwaarde langs beide kanten versterkt kan warden. Met name voor de bewoners ontstaat er een verhoogde Quality of Life, en ook een verhoogde Quality of Care, welke ook voor de zorgverstrekkers een positieve invloed heeft, wat meteen ook de maatschappelijke meerwaarde aantoont.  " "Objectieve en subjectieve beoordeling van regengeluid in ruimten die zijn bedekt met structurele membranen" "Monika Rychtarikova" "Fysica van Zachte Materie en Biofysica, Ontwerp en Engineering van Constructie en Architectuur" "Er is een grote motivatie voor architecten om structurele membranen met ETFE-kussens toe te passen om grote ruimten zoals sporthallen, zwembaden, winkelcentra, luchthavens en/of verschillende atria te bedekken. De stimulans ligt in de interessante materiaaleigenschappen, namelijk gering gewicht, transparantie, thermische prestaties en duurzaamheid. Op het gebied van akoestiek hebben ETFE-kussens ook zeer speciale eigenschappen waardoor ze bij lage frequenties bijna akoestisch transparant zijn. Deze eigenschappen werden onlangs besproken in vele architecturale, akoestische of bouwfysische conferenties en artikelen (Chiu et al., 2015; Urban et el., 2016; Maywald en Riesser, 2016; Hu et al., 2017 Rychtáriková et al., 2017; Lamnatou et al., 2018; Rychtáriková et al, 2020; Lavasani et al., 2021; Zanelli et al., 2021), werd het effect van regengeluid echter niet methodisch meegenomen in het ontwerp, terwijl het een opmerkelijke invloed kan hebben op het akoestisch comfort en de spraakverstaanbaarheid van de binnenruimte (Yu en Hopkins, 2020). Rekening houdend met de vraag naar de toepassing van structuurpanelen in meer geluidsgevoelige omgevingen, zoals universiteiten, scholen en grote bibliotheken, beoogt dit onderzoek een objectieve en subjectieve beoordeling van het effect van het door regen veroorzaakte geluid in de door ETFE-kussens beklede zalen. Onderzoeksvragen: - Hoe wordt het regengeluid waargenomen in grote atria die bedekt zijn met structuurkussens? En hoe groot is de invloed van elk regenkenmerk (neerslagsnelheid, druppelgrootte, spectrum van regendruppels, inslagsnelheid, etc) op de waarneming door mensen ?   - In hoeverre beïnvloedt de verspreiding van de regen van één druppel naar een groot oppervlak het totale karakter van de geluidsbron (puntbron / oppervlaktebron) en het geluidsvermogen ervan? - Met welke nauwkeurigheid kan het regengeluid in grote ruimten worden voorspeld? - Bepaling van het regengeluidspectrum op basis van metingen van regenkarakteristieken in het laboratorium en grote atria overdekt met bouwkundige huiden. - Opstellen van de architectonische richtlijn met adviezen hoe de verstoring van het regengeluid in de door de ETFE-kussens afgedekte ruimten kan worden verminderd." "Vibro-akoestiek van roterende elektrische machines: voorspelling, validatie en oplossing" "Johan Gyselinck, Wim Desmet" "Afdeling Productietechnieken, Machinebouw en Automatisering, Mecha(tro)nische SysteemDynamica (LMSD)" "In het kader van elektrische mobiliteit en de behoefte aan goedkopere elektrische machines, winnen opkomende ontwerpen aan belang met minder gebruik van dure permanente magneten; bijvoorbeeld reluctantie machines. Er kan echter een hoge tonale en onaangename akoestische ruis door structurele resonanties optreden. Deze resonanties worden in het algemeen geëxciteerd door elektromagnetische krachten die worden geïnduceerd binnen het roterende magnetische veld van de machine. Daarom vereist de nauwkeurige voorspelling van akoestische ruis van een elektrische machine een grondig multi-fysisch begrip, van systeemniveau (elektrische machine) tot componentniveau (stator- en rotorkernen). Het hoofddoel van dit proefschrift is dan om oplossingen voor te stellen voor de voorspelling en de reductie van resonantie-effecten van magnetische ruis van roterende elektrische machines.Ten eerste werden vanuit systeemniveau twee multi-fysieke modelleringskaders met verschillende modelvereenvoudigingen geïmplementeerd. Door gesimuleerde resultaten te vergelijken met experimentele metingen bij elke fysieke stap van de modelleringsstroom (elektromagnetisch, trillingen, akoestisch), werd aangetoond dat beide modellen nauwkeurig genoeg zijn voor het voorontwerpen van fasen. Er werd ook aangetoond dat alleen de statorkern in overweging neemt om bij te dragen tot het vibro-akoestische gedrag van elektrische machines, een geldige aanname is.Tweede van een component-niveau oogpunt, de rotor en de stator kern werden onderzocht. De invloed van de rotor op de volledige structurele dynamica van de machine werd beoordeeld. Naast de gevalideerde effecten van verschillende rotortopologieën op de uitgestraalde ruis, is een analytisch model met succes ontwikkeld om het optreden van een bepaalde trillingsmodus te verklaren; wiens uitleg nog steeds niet in de literatuur werd aangeboden. Parallel daaraan werd de statorkern bestudeerd, voornamelijk omdat deze is samengesteld uit honderden dunne opeenvolgende lamellen die moeilijkheden bij het begrijpen van het structurele gedrag ervan veroorzaken. De effecten van de lamineringen op het structurele gedrag van de statorkern werden numeriek en ook experimenteel bestudeerd. Er werden dus twee modelleerrichtlijnen voorzien, afhankelijk van de modusvorm van interesse en de beschikbare rekenhulpmiddelen. De experimentele studies waren een troost voor deze twee modellenbenaderingen en lieten ook het belang van het kijken naar de dempingseigenschappen naar voren komen. Daarom werd aangetoond dat verschillende lamineringsstapelingstechnieken deze demping aanzienlijk zouden kunnen beïnvloeden.Tenslotte motiveerde de invloed van de stapeltechniek (lijmen, lassen) op het structurele gedrag van de gelamineerde verbinding de implementatie van een alternatieve oplossing voor het mitigeren van resonantieverschijnselen die verantwoordelijk is voor grote akoestische ruis. Door gebruik te maken van een scheve verdeling van las- of lijmlijnen, is de techniek erop gericht laminaten te laten trillen met verschillende fasen, waardoor ze wrijving veroorzaken. De geïnduceerde demping neemt toe en hangt vervolgens af van de geïntroduceerde asymmetrie en van de beschouwde modusvorm. Deze innovatieve techniek werd experimenteel gevalideerd en vertoonde tot 7 keer hogere structurele demping en 10 dB reductie in amplitudes van de structurele overdrachtsfunctie." "Verkenning van het gebruik van biomaterialen voor warmteopslag en comforttoepassingen in gebouwen. Biogebaseerde PCM's en composietmaterialen." "Miroslav Cekon, Monika Rychtarikova" "Fysica van Zachte Materie en Biofysica, Ontwerp en Engineering van Constructie en Architectuur" "Europa is een belangrijke speler in de grootste stroom, in termen van hoeveelheid, van speciaal bouw- en sloopafval (B&S-afval). Het beheer van het afval van de bouwsector is van invloed op de atmosferische emissies, waardoor de wereldwijde klimaatuitdaging en de doelstelling om steeds dichter bij de ecologische overgang te komen ook op Europees niveau spelen. Bovendien leidt de opwarming van de aarde tot een toenemend energieverbruik voor het koelen van onze huizen om een adequaat niveau van thermisch comfort te bereiken. Gezien de huidige energiecrisis vereist de overgang van fossiele brandstoffen naar duurzame bronnen bovendien een paradigmaverschuiving van louter energiebesparingsdoelstellingen naar strategieën die gericht zijn op een sterke vermindering van de stroompiekvraag. Phase Change Materials slaan thermische energie op en geven deze weer af tijdens de faseovergang van vaste naar vloeibare toestand, en omgekeerd, door gebruik te maken van voelbare en latente warmte. PCM's optimaliseren de dagelijkse temperatuurschommelingen door binnenpieken te verminderen en de energie-efficiëntie van gebouwen zelf aanzienlijk te verbeteren, wat leidt tot een lager verbruik en een beter binnencomfort. Omdat PCM de piekbelasting voor verwarming en koeling kunnen verlagen en vertragen, lijken zij bovendien aantrekkelijk om het gebruik van hernieuwbare energiebronnen, die gekenmerkt worden door een discontinuïteit in de productie, te verhogen. Doelstellingen en onderzoeksvragen Ondanks het grote potentieel van PCM's worden zij echter nog weinig toegepast in gebouwen. Dit hangt samen met verschillende beperkingen zoals de moeilijkheid om ze in bouwmaterialen te verwerken, onzekere prestaties, moeilijkheid om ze optimaal te benutten, onzekere duurzaamheidsprestaties/exploitatiegraad, gebrek aan geschikte en uniforme prestatie-indicatoren (KPI=Key Performance Indicators). Bovendien staan PCM's wereldwijd in de belangstelling van onderzoekers, zoals blijkt uit talrijke studies in de literatuur. Er wordt echter meer aandacht besteed aan paraffinische materialen, waarbij het ecologische en economische belang dat BioPCM's daarentegen kunnen opleveren, over het hoofd wordt gezien. Daarom stelt dit plan BioPCM's centraal in het onderzoek en beoogt het de huidige beperkingen op het gebruik van dit soort materialen in de bouw te verminderen door specifieke onderzoeksvragen te beantwoorden. De eigenschappen van de PCM's zijn dynamische eigenschappen waarbij rekening moet worden gehouden met de randvoorwaarden en het effect van de faseovergang op de algemene prestaties van het materiaal. Daarom is het karakteriseren van PCM's met behulp van verschillende instrumenten en het vergelijken van de verkregen waarden een benadering om inzicht te krijgen in de meetonzekerheid van de verschillende gebruikte instrumenten en om een corrigerende parameter te verkrijgen. Talrijke onderzoeken hebben echter aangetoond dat de toevoeging van PCM aan de bouwschil de warmtelast in warme klimatologische omstandigheden, vooral in de zomer, kan verminderen. Dit is een van de beperkingen bij de toepassing van PCM's, aangezien het door de verschillende smelttemperaturen moeilijk is om met één enkel materiaal voor faseverandering te voldoen aan de eisen inzake verwarming en koeling (winter/zomer). Dit is een kwestie die nader onderzoek verdient, en daarom is het hier voorgestelde onderzoek erop gericht composiet- en modulaire structuren te onderzoeken door de thermische efficiëntie van zowel afzonderlijke als samengestelde lagen te evalueren. In feite kunnen PCM's op verschillende manieren in de schil worden verwerkt, maar in het voorgestelde onderzoek is het nuttig om de integratie van PCM's door middel van verschillende technieken (d.w.z. plastic buizen, microingekapselde PCM-dispersie...) in wandplaten, gipsmortels en lichtgewicht beton te evalueren, waarbij aandacht wordt besteed aan het effect van PCM op de thermische uitzetting tijdens de faseverandering. De interactie tussen het PCM en het composietmateriaal is een zwak punt, dus stelt het onderzoek voor dit te verifiëren en/of te controleren met behulp van rasterelektronenmicroscopie (SEM). Via SEM-analyse zullen de morfologie en de microstructuur van het BioPCM-steunmateriaal en dat van het uiteindelijke bio-composiet-PCM worden bestudeerd om na te gaan of het biogebaseerde faseveranderingsmateriaal met succes in de matrix is opgenomen. Voor de karakterisering van de monsters stelt het onderzoek voor de thermische eigenschappen van de composietmaterialen bij twee verschillende temperaturen te meten om het effect van de PCM-toestand (vloeibaar en vast) op de werkelijke waarden van de monsters zonder PCM te bestuderen, en het effect van latente warmte op de afzonderlijke monsters uit de accumulatie van enthalpie als functie van de temperatuur. Methodologie In het onderzoek worden drie macrofasen voorgesteld. De eerste is met name een voorbereidende stap gewijd aan de selectie/verzameling van materialen, de ontwikkeling van een geoptimaliseerd mengselontwerp en de voorbereiding van de monsters. De tweede is een fase van experimentele karakterisering, vergelijking en optimalisering van de ontwikkelde materialen. De derde en laatste fase omvat de simulatie op component- en gebouwschaal door toepassing van de verkregen experimentele waarden. De belangrijkste stappen van het onderzoek worden hieronder weergegeven: 1. Voorbereidende fase - Definitie van PCM volgens type, verwachte prestaties, vereiste technologische kenmerken (brandgedrag, milieu-impact, stabiliteit, enz. - Definitie van materialen waarmee de samengestelde monsters moeten worden gerealiseerd (biogebaseerde materialen, afval, enz.). 2. Experimentele fase - Meting van de thermische, akoestische en hygroscopische eigenschappen voor optimalisatie van de productprestaties. - Definitie van meetprocedures om het thermisch gedrag van PCM te beoordelen en gegevens te leveren voor validatie van simulatiemodellen. 3. 3. Simulatiefase - Dynamische energiesimulaties met behulp van software zoals EnergyPlusTM of TRNSY, om het systeem te simuleren en het potentieel voor energiebesparing en warmteregeling voor gebouwen in verschillende bedrijfsscenario's te evalueren. - Bepalen van actieve en passieve strategieën voor het gebouw om het energieverbruik te minimaliseren en het thermisch comfort te verhogen om de voordelen die met PCM kunnen worden bereikt te maximaliseren. - Levenscyclusanalyse (LCA), via de GABI LCA software of de SimaPro software, gebaseerd op de EcoInvent database voor materialen, waarbij operationele energie/koolstofbesparingen van gebouwen worden gecombineerd met de opgeslagen energie/koolstof van PCM composietmaterialen om richtlijnen te ontwikkelen ter ondersteuning van het beslissingsproces voor ontwerpers. Een fundamentele prestatie-eis, naast de thermodynamische, akoestische en economische eisen, voor materialen in het algemeen en, gezien de aard van de onderzochte materialen, voor PCM's in het bijzonder, is duurzaamheid in de tijd en prestatievariatie voor elke thermische cyclus waaraan zij worden onderworpen. In dit geval zijn versnelde cycli nuttig om het gedrag van het PCM na vele smelt - stollingscycli in korte tijd te verkrijgen. Uitgaande van toepassing van deze materialen in binnenruimten, en dus van toepassing in de bouw en de architectuur, is het tenslotte een goede aanpak om hun akoestische, vochtabsorberende, maar ook esthetische en ontwerpprestaties te evalueren. Dit laatste mag niet over het hoofd worden gezien, omdat een geluidsabsorberende en vochtregulerende component esthetisch aantrekkelijk kan zijn voor binnentoepassingen en de perceptie van de kwaliteit van de binnenruimte in het algemeen kan beïnvloeden. Het doctoraatsonderzoek heeft dus tot doel poreuze panelen met ingebedde BioPCM te ontwerpen door het oppervlak van monsters met verschillende texturen te behandelen. Op deze manier is het mogelijk de component toe te passen in de binnenomgeving met een opmerkelijke esthetische aantrekkingskracht en technologische prestaties." "Oplossen van inverse problemen in ruimteakoestiek op basis van fysische modellen, spaarse regularisatie en numerieke optimalisatie" "Toon van Waterschoot, Marc Moonen" "Elektrotechnische Industriële Ingenieurstechnieken (ESAT), Campus Groep T Leuven, Afdeling ESAT - STADIUS, Stadius Centrum voor Dynamische Systemen,Signaalverwerking en Gegevensanalyse, Dynamische Systemen, Signaalverwerking en Gegevensanalyse (STADIUS)" "Nagalm of reverberatie is een complex akoestisch fenomeen dat zich voordoet in gesloten ruimtes. In heel wat audiosignaalverwerkingsmethodes voor o.a. bronlokalisatie en signaalverbetering wordt doorgaans verondersteld dat er geen nagalm aanwezig is. Bijgevolg vormen reverberante omgevingen een uitdaging waarvoor state-of-the-art-methodes geen performante oplossing bieden. De akoestiek van een ruimte kan worden beschreven met een breed gamma wiskundige modellen waaronder fysische modellen de meest volledige en nauwkeurige beschrijving bieden.Het gebruik van fysische modellen in audiosignaalverwerkingsmethodes is vaak niet-triviaal gezien dit kan leiden tot slecht geconditioneerde inverse problemen. Dergelijke inverse problemen vereisen een gepaste regularisatie om betekenisvolle resultaten te bekomen en leiden tot het oplossen van rekenintensieve groteschaaloptimalisatieproblemen. Recent werd een spaarse regularisatie succesvol toegepast bij inverse problemen in verschillende wetenschapsdomeinen. De toegenomen rekenkracht van hedendaagse computers en de ontwikkeling van nieuwe, efficiënte optimalisatiealgoritmes openen een perspectief om ook inverse problemen in de context van ruimteakoestiek aan te pakken. Dit perspectief wordt in dit proefschrift verkend door de meest recente spaarse regularisatiemethodes en optimalisatiealgoritmes toe te passen bij de ontwikkeling van nieuwe audiosignaalverwerkingsmethodes die een hogere robuustheid tegen nagalm en ruis vertonen. Deze methodes leiden op een natuurlijke manier tot inverse problemen waarin meerdere taken, die traditioneel apart worden aangepakt, gezamenlijk geformuleerd en opgelost worden, zoals gelijktijdige bronlokalisatie, geluidsveldreconstructie en dereverberatie.Het eerste deel van het proefschrift is gewijd aan optimalisatiealgoritmes die in het bijzonder geschikt zijn voor het soort inverse problemen dat hier beschouwd wordt. Deze zogenaamde proximalegradiëntalgoritmes (PG) laten toe om de niet-gladde functies die typisch voortkomen uit optimalisatieproblemen met spaarse regularisatie te minimaliseren. Bovendien kunnen PG-algoritmes versneld worden met behulp van quasi-Newtonmethodes en gecombineerd worden met matrixvrije operatoren, waardoor deze algoritmes geschikt worden voor groteschaalproblemen en signaalverwerkingsmethodes die traditioneel erg rekenintensief zijn.Het tweede deel van het proefschrift handelt over akoestische modellering met een focus op zogenaamde sweeping echo’s, een bijzonder akoestisch fenomeen dat zich in realistische ruimtes doorgaans niet voordoet. Dit fenomeen wordt bestudeerd en verklaard vanuit de geïdealiseerde rechthoekige geometrie die in veel akoestische modellen wordt gebruikt. Een nieuwe variant van de spiegelbronmethode (IM), een veelgebruikt akoestisch model dat doorgaans enkel voor rechthoekige ruimtes kan worden toegepast, wordt voorgesteld om perceptueel realistische simulaties te maken zonder sweeping echo’s.Het derde deel van het proefschrift behandelt inverse problemen op basis van de eindige-differenties-in-het-tijdsdomeinmethode (FDTD). Deze methode beoogt een numerieke oplossing van de golfvergelijking en vereist een precieze kennis van de geometrie van de ruimte en van de akoestische impedanties die de akoestische eigenschappen van de muren van de ruimte modelleren. Ten eerste wordt het probleem van akoestische-impedantieschatting behandeld, hetwelk resulteert in een invers probleem. Ten tweede worden de problemen van bronlokalisatie en bronreconstructie gezamenlijk geformuleerd door een tweestappenmethode voor te stellen. De locatie van de geluidsbron wordt geschat door een invers probleem op te lossen waarin de spatiale spaarsheid van de geluidsbronnen in de ruimte wordt gebruikt, waarna een reconstructie van het oorspronkelijke geluidssignaal wordt uitgevoerd. Ten laatste wordt het gebruik van de FDTD-methode voor multi-zone geluidsveldbeheersing onderzocht. Het oplossen van een invers probleem met spatiaal spaarse regularisatie laat toe om een verzameling luidsprekers optimaal te plaatsen en aan te sturen om een specifiek geluidsveld te reproduceren in een sterk reverberante ruimte en tegelijk een ander deel van de ruimte stil te houden.Het vierde deel van het proefschrift is gewijd aan het gebruik van golfontbindingsmodellen die, in tegenstelling tot de FDTD-methode, het geluidsveld in een beperkt deel van een ruimte kunnen voorstellen zonder kennis van de ruimtegeometrie en akoestische impedanties. In eerste instantie wordt de interpolatie van kamerimpulsresponsen (RIRs) onderzocht. Aangezien het opmeten van RIRs in een grote ruimte tijdrovend is, kan een effectieve interpolatie van dergelijke metingen nuttig zijn in verscheidene toepassingen. Er wordt aangetoond dat de combinatie van spatiotemporeel spaarse regularisatie met een tijdsdomein golfontbindingsmodel het aantal microfoons nodig voor RIR-interpolatie aanzienlijk kan reduceren. Dit vierde deel wordt afgerond met de beschrijving van een nieuwe methode waarmee bronlokalisatie en dereverberatie gelijktijdig kunnen worden uitgevoerd. Dit wordt bekomen via een geluidsveldinterpolatie die wordt uitgevoerd door het oplossen van een invers probleem dat bestaat uit een specifieke combinatie van een golfontbindingsmodel met een spaarse regularisatie. Van zodra een degelijke geluidsveldinterpolatie is bereikt, kan de aankomstrichting (DOA) van een bewegende geluidsbron alsook gedereverbereerde signalen worden bekomen in uitdagende akoestische omgevingen." "Numerieke methodes voor nauwkeurige aurelisatie en evaluatie van de binaurale menselijke perceptie van breedbandige akoestische en vibro-akoestische fenomenen." "Wim Desmet" "Afdeling Productietechnieken, Machinebouw en Automatisering" "Het doel van het project was het ontwikkelen en valideren van numerieke methodes die gebruikt kunnen worden om akoestische en vibro-akoestische problemen te simuleren en waarvan de resultaten kunnen geauraliseerd kunnen worden om een realistische representatie te creëren van de menselijke perceptie van geluids- en vibratiegewaarwordingen. In deze context heeft het project volgende belangrijke uitdagingen behandeld: (1) Numerieke technieken moeten het hele hoorbare frequentiebereik, typisch van de 63 Hz tot de 8 kHz octaafband, kunnen behandelen; (2) De aanwezigheid van een stroom in het akoestische domein kan een belangrijke invloed hebben op de akoestische golfpropagatie. Bijgevolg moeten de technieken in staat zijn om rekening te houden met de potentiële aanwezigheid van een (niet-uniforme) golf; (3) De numerieke oplossingsschemas moeten zo efficiënt mogelijk zijn en tegelijkertijd de stabiliteit van de numerieke oplossing garanderen; (4) De impact van het dempen door de behandeling van bekledingsisolatiemateriaal en van (kleinschalige) verspreidingen en verstrooiingen op de akoestische golfpropagatie en op de menselijke perceptie moet in rekening worden genomen; (5) Verschillende factoren drijven de menselijke perceptie van geluid en trillingen. De focus moet liggen op de net hoorbare verschillen in plaats van op fysieke accuraatheid. Daarenboven moet de sonische context in rekening gebracht worden om realisme aan het geauraliseerde voorgrondgeluid toe te voegen; (6) Zowel droge opnames van bestudeerde bronnen als van geluidscontext zou moeten verzameld worden; (7) Voor de numerieke strategieën moet een keuze gemaakt worden tussen simulaties van het tijdsdomein en van het frequentiedomein. In het licht van de validatie van methodologische innovaties, hebben we ons gefocust op 3 typische toepassingsgebieden: (1) Omgevingsgeluidpanorama, met een bijzondere focus op de impact van weg- en treinverkeer in stedelijke gebieden; (2) Vibro-akoestisch geluidscomfort in voertuigen (autos en treinen); (3) Voertuiggeluidsuitstoot, met de nadruk op de evaluatie van voorbijgaand geluid." "Aero-akoestische feedbackverschijnselen in zijtak-Helmholtz-resonatoren: een numerieke en experimentele analyse" "Wim Desmet" "Mecha(tro)nische SysteemDynamica (LMSD)" "Dit project onderzoekt aero-akoestische terugkoppelingsfenomenen in componenten van stromingskanalen en hun invloed op de geluidsafstraling naar het verre veld door middel van numerieke en experimentele analyse. Constructieve feedbackinteracties tussen de aerodynamische en akoestische velden zijn de oorzaak van aero-akoestische instabiliteiten. Deze resulteren in zichzelf in stand houdende drukoscillaties met een hoge amplitude, die op hun beurt kunnen leiden tot belangrijke geluidsemissie in de vorm van fluittonen. Een Helmholtz-resonator, onderworpen aan een scherende subsonische stroming in een kanaal, wordt onderzocht als een representatief voorbeeld voor een breed gamma aan technische toepassingen waar dergelijke aero-akoestische feedbackfenomenen voorkomen zoals ventilatiesystemen, pijpleidingen, vliegtuigrompen en -motoren. Dit onderzoek heeft tot doel aanvullende inzichten te verschaffen in de fysische mechanismes die leiden tot het ontstaan van de aero-akoestische terugkoppeling in componenten van doorstroomde kanalensystemen met starre wanden. Bovendien worden efficiënte methodologieën ontwikkeld om het ontstaan van aero-akoestische instabiliteiten te voorspellen en het akoestische gedrag van componenten en systemen waar dergelijke feedbackverschijnselen optreden nauwkeurig te beschrijven. De onderzoeksaanpak omvat experimentele aerodynamische en akoestische metingen en numerieke simulaties met efficiënte rekenschema’s van hoge orde voor het oplossen van de niet-lineaire of de gelineariseerde Navier-Stokes-vergelijkingen." "SONORA: De Ruimtelijke Dynamica van Ruimte Akoestiek." "Toon van Waterschoot" "Dynamische Systemen, Signaalverwerking en Gegevensanalyse (STADIUS)" "The SONORA project aims to increase the general understanding of how complex sound scenes are impacted by the spatial dynamics of room acoustics. This knowledge is crucial in the design of signal processing algorithms for audio acquisition and reproduction problems in real-life situations, where moving sound sources and observers interact with room acoustics in a complicated manner.A major part of the project will be devoted to the development of novel room acoustics models and to the unification of existing models. The room acoustics models developed in this project will be data-driven models with a physically motivated structure, and are expected to fill the existing gap between geometric and wave-based models. This will be achieved by formulating existing and novel models in a dictionary-based mathematical framework and introducing a new concept coined as the equivalent boundary model, aimed at relaxing the prior knowledge required on the physical room boundary.A second part of the project will focus on the development of a protocol for measuring spatiotemporal sound fields. This protocol will be rooted in a novel sound field sampling theory which exploits the spatial sparsity of sound sources by invoking the compressed sensing paradigm.Thirdly, novel signal processing algorithms capable of handling spatiotemporal sound fields will be designed. By employing recent advances in large-scale optimization and multidimensional scaling, fast and matrix-free algorithms will be obtained that do not require prior knowledge of the sound scene geometry.The SONORA research results are anticipated to have a notable impact in various audio acquisition and reproduction problems, including acoustic signal enhancement, audio analysis, room inference, virtual acoustics, and spatial audio reproduction. These problems have many applications in speech, audio, and hearing technology, hence a significant benefit for industry and for technology end users is expected in the long run."