Научно-исследовательская лаборатория аэрозольных технологий

Научные результаты:

• Разработана компьютерная программа для численного решения задачи Навье-Стокса для осесимметричного неидеального (реального) парогазового потока в интервале давлений до 150 бар и температур зародышеобразования, согласованных с уравнением состояния, приведено руководство для пользователя, а также результаты численного счета скоростей нуклеации для парогазовых смесей при течении в трубке с холодными стенками в зависимости от давления и режимных параметров. Результаты численных расчетов позволили определить основные конструктивные размеры и допустимые режимы работы поточно-диффузионной камеры в зависимости от вида парогазовой смеси.
• Разработаны технические задания, на основе которых выполнено эскизное проектирование поточной диффузионной камеры высокого давления, аэрозольного счетчика высокого давления для изучения кинетики генерации зародышей новой фазы в аэрозольных потоках в подкритических и околокритических условиях при давлениях до 15 МПа, а также спрей-реактора для генерирования наночастиц.
• Теоретически обоснован новый подход к определению влияния на аэрозоли электрического поля как системы, содержащей диэлектрические дипольные компоненты. Показано, что воздействие электрострикционного давления дает ощутимый эффект при 1 МВ/см. Это может быть достигнуто в диффузионной камере высокого давления при использовании элегаза в качестве среды при образовании аэрозоли из глицерина. Получены новые выражения для определения степени влияния электрического поля, допускающие их экспериментальную проверку.
• Для экспериментального изучения кризиса теплообмена неметаллических теплоносителей в энергетических установках обоснованы и предложены две методики, позволяющие исследовать в контролируемых условиях совместную кинетику процессов зародышеобразования (нуклеации) газовой и твердой фаз в пересыщенных водных растворах солей различной степени растворимости. Первая из методик предназначена для установления основных закономерностей и сравнительных характеристик динамики нуклеации в каплях, тонких пленках и больших объемах растворов на горизонтальной поверхности нагрева в диапазоне до 700°С при атмосферном давлении, а вторая – для изучения влияния изменения давления на процессы инициирования и подавления вскипания при вынужденном течении насыщенных растворов в обогреваемом и прозрачном для видимого и теплового излучения цилиндрическом канале. На следующем этапе планируется эмпирически установить правомерность гипотезы о доминирующем влиянии объемной кристаллизации на развитие и прекращение кризиса теплообмена при повышенных давлениях, определить прикладные аспекты полученных результатов.
• Показано, что, варьируя условия синтеза, можно существенно изменять морфологию полученных продуктов: получить наночастицы оксидов различной формы, наночастицы типа «ядро-оболочка», наночастицы с иерархической структурой пор, плотные или высокопористые покрытия. Рассмотрены типы генераторов аэрозольных частиц, обеспечивающих различные размеры и скорости генерации аэрозольных частиц. Описаны теоретические подходы к описанию процессов, происходящих при аэрозольном синтезе, возможности контроля и масштабирования процессов для перехода к промышленному производству наноматериалов с помощью аэрозольных технологий.

Внедрение результатов исследования:

Получен патент Российской Федерации № 175873 от 21.12.2017 г. на полезную модель «Поточная диффузионная камера». Это оборудование является экспериментальным базисом для проведения дальнейших аэрозольных исследований по проекту.

Образование и переподготовка кадров:

Издана научная монография «Поверхности скоростей зародышеобразования», в которой выполнен подробный анализ современного состояния исследований нуклеации в пересыщенном паре, приведены примеры построения полуэмпирических построений поверхностей скоростей нуклеации. Библиографический список включает 166 источников. В перспективе ожидается, что предложенный в монографии научный подход позволит создать банк данных, содержащих топологии и научные основы построения поверхностей скорости зародышеобразования.

Институт теплофизики имени С. С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН (Россия): совместные исследования