Лаборатория многофазных прецизионных систем (10)

Название проекта:

Многофазные прецизионные технологии

Цель проекта:

Решение актуальных проблем многофазной гидро – газодинамики и теплофизики многофазных систем, соответствующих мировому уровню и предполагающих проведение масштабных фундаментальных исследований, направленных на создание новых технологий:

• технология термической очистки загрязненных промышленных и сточных вод в высокотемпературной газовоздушной среде с применением авторских отечественных многофазных прецизионных систем распыления и вторичного измельчения капель в спреях;
• эффективные методы охлаждения теплонапряженных поверхностей двухфазными газокапельными спреями и пристенными завесами с использованием прецизионной лазерной обработки и химической функционализации для модификации поверхностей перспективных микро и – макротеплообменных аппаратов;
• разработка современных высокоэффективных систем охлаждения теплонапряженных поверхностей с кипением диэлектрических жидкостей применительно к силовой и микроэлектронике;
• развитие прецизионных многофазных технологий для повышения эффективности аддитивных технологий, процессов диспергирования органического топлива и смесеобразования, систем доставки лекарственных препаратов на основе активной материи (микро/наномоторов), создания каталитических микромоторов на основе марганца для очистки сточных вод от органических красителей.

Задачи проекта:

1. Создание экспериментальных стендов с возможностью распыления (на уровне мили, микро, нано) очищаемой жидкости с содержанием твердых и жидких растворимых и нерастворимых примесей (на примере растворов, эмульсий и суспензий) при разных схемах ее впрыска и в условиях, приближенным к поточным камерам и замкнутым системам.
2. Разработка физических и математических моделей одиночных капель, малой группы, их большой совокупности, с дальнейшим переходом к спреям и аэрозолям с целью учета синергетических (коллективных, каскадных) эффектов. Применение авторских кодов, коммерческих пакетов, комбинированных моделей на базе численных и аналитических решений.
3. Разработка обобщенной научной теории взаимосвязанных физико-химических процессов с учетом фазовых превращений для прогнозирования условий интенсивной термической очистки воды от примесей. Математическая обработка результатов экспериментов. Их обобщение с применением размерных и безразмерных комплексов.
4. Разработка рекомендаций по практическому использованию результатов исследований, подготовка макетов распылительных устройств, реакторов смешения, выпарных комплексов, концепций технологий, патентование технических решений по способам и устройствам, регистрация программ для ЭВМ с ключевыми программными кодами. 
5. Создание элементов (форсунки, смешивающие устройства, доизмельчители, программно-аппаратные модули) адаптивных многофазных прецизионных распылительных систем для загрязненных жидкостей в виде растворов, эмульсий и суспензий.
6. Экспериментальные и теоретические исследования поведения струйно-капельного потока при распространении до поверхности от одиночного и многосоплового источников; экспериментальные и теоретические исследования процессов взаимодействия струйно-капельного потока с нагретой гладкой и модифицированной поверхностями, определяющие максимальный теплообмен; поиск, в том числе и с применением искусственного интеллекта на основе нейронных сетей, оптимальной структуры микро- и макромодифицированного слоя на теплонагруженной поверхности с целью увеличения критического теплового потока. 
7. Создание эффективных систем охлаждения на основе струйно-спрейного орошения теплонагруженных моделей технологических поверхностей для поддержания нормального рабочего режима и предотвращения аварий в промышленных системах, содержащих элементы, выделяющие избыточное тепло.
8. Разработка эффективных методов охлаждения теплонапряженных поверхностей с помощью газокапельных незакрученных и вихревых пристенных струй (газокапельных завес).
9. Комплексное изучение процессов теплообмена, кризисных явлений при кипении и испарении перспективных диэлектрических жидкостей на микроструктурированных теплоотдающих поверхностях, создаваемых как методом селективного лазерного плавления/спекания (SLM/SLS), более широко известного как метод 3D-печати, так и на теплоотдающих поверхностях с сетчатыми покрытиями.
10. Задача описания процессов вторичного диспергирования жидкости. Сложность процессов вторичного диспергирования объясняется многообразием явлений, проявляющихся в условиях скоростной и/или тепловой неравновесности капли с газовым потоком, таких как деформация капель, внутреннее движение жидкости, вязкостные и капиллярные эффекты. 
11. Определение критических режимных параметров многофазных потоков, образованных при совместном распыле несмешиваемых жидкостей на основе бесконтактных оптических методов диагностики компонент скорости дисперсной и несущей фаз, размер, форма и положение отдельных частиц; распределение частиц в потоке.
12. Разработка методов управления активной материей, включая магнитные активные материалы. Анализ коллективных явлений при движении капель в эмульсии на гладкой и пористой поверхностях, в том числе, при протекании химических реакций.
13. Создание каталитических микромоторов на основе марганца, для очистки сточных вод от органических красителей.