Координаторы: акад. Пармон В. Н., член-корр. РАН Фомин В. М.
Исполнители: МТЦ, ИК, ИХКГ, ИТПМ, ИХТТМ СО РАН
Впервые в отечественной практике методом ЯМР-томографии изучены процессы массопереноса газовой, жидкой и дисперсной твердой фаз через объекты сложной геометрии, включая организованные блочные структуры (рис. 1) и засыпки гранул произвольной формы. Визуализированы процессы массопереноса и образование застойных зон, а также зарегистрирована дисперсия скоростей потока при фильтрации через гранулированный слой.
Рис. 1. Двумерные карты распределения скоростей течения воды в цилиндрической кювете с блочным катализатором и их центральные одномерные сечения. Fig. 1. Two-dimensional maps of the spatial velocity distributions for water flowing in a cylindrical cell with a monolith, and their central one-dimensional cross-sections. |
Показано, что изменение пористой структуры слоя сорбента типа “соль в пористой матрице” при варьировании количества связующего, а также размера исходных частиц сорбента может приводить к переходу между крайними режимами сорбции, лимитируемыми диффузией воды либо в слое, либо в исходных частицах. В результате оптимизации пористой структуры слоя на основе оксида алюминия достигнуто увеличение массопереноса без ухудшения переноса тепла. Из данных по распределению сорбированной воды в слое (рис. 2), а также изменению температуры слоя в процессе сорбции найдены значения эффективных коэффициентов диффузии воды. Определены величины теплопроводности слоя сорбента в зависимости от количества сорбированной воды. Исследованные сорбенты, такие как хлорид кальция в силикагеле или оксиде алюминия, являются перспективными для применения в тепловых насосах. Работа важна для создания системного подхода к синтезу сорбентов с контролируемой пористой структурой.
Рис. 2. Распределение сорбированной воды в слое композитного сорбента на основе оксида алюминия. Fig. 2. Spatial distribution of the adsorbed water in a layer of the alumina-based composite sorbent. Adsorption time: 10 min 50 s (1), 1 hour 37 min (2), 3 hours 3 min (3), 4 hours 29 min (4), 7 hours 21 min (5), 10 hours 13 min (6). a - Primary particles size 250 - 500 mm, with 20 % binder; б - 250-500 mm, with 10 % binder; в - 250-500 mm, with 2.5 % binder. |
С целью выяснения физического механизма и построения целостной математической модели явлений переноса и экстракции влаги при сушке материалов воздухом комнатной температуры в акустическом поле высокой интенсивности разработана математическая модель, основанная на одномерных линеаризованных уравнениях механики гетерогенных сред с различными скоростями и давлениями компонентов. На основе допущений теории фильтрации в изучаемой математической модели получена асимптотическая фильтрационная модель и дано аналитическое решение задачи о движении жидкости в образце древесины под действием акустических возмущений. Получены интегральные количественные данные о кинетике сушки, продемонстрирован тензорный характер влагопроводности в деревянном образце и определено конкретное значение влагопроводности по направлению перпендикуляра к плоскости поперечного среза дерева (вдоль волокон) в плоском образце. Выполнена экспериментальная визуализация картины осушаемого поля на прозрачных модельных образцах при конвективном и акустическом воздействии (рис. 3). Показано, что начальная стадия процесса акустической сушки может быть адекватно описана с помощью разработанной модели механики гетерогенных сред.
Рис. 3. Визуализация распределения влаги в модельном объекте в процессе конвективной (слева) и акустической (справа) сушки с интервалом 20 с (сверху вниз). Fig. 3. Visualization of the distribution of water in a model object during the convective (left) and acoustic (right) drying carried out for 20 s gap (up to bottom). |
Разработаны эффективные алгоритмы для моделирования упаковок частиц с различными распределениями пор по размерам с возможностью учета пористости различных масштабов, а также карты порового пространства. На основе этого проведены расчеты пространственного распределения потоков флюида в моделях с различной структурой пор (рис. 4). Разработан подход для количественного учета влияния стенок зернистого слоя на упаковку частиц и распределение потоков.
Рис. 4. Модель пористой среды с бидисперсной структурой пор (сверху) и рассчитанные карты структуры потоков различной интенсивности. Fig. 4. Model of a porous medium with a bi-disperse porous structure (top) and the calculated maps of the flows of various intensity. |
Список основных публикаций
Оглавление | Далее |